大型船用曲軸是船舶發(fā)動機的重要組成部分,由主軸頸和曲拐兩部分構成。主軸頸在熱處理中會因內(nèi)應力而發(fā)生變形,該部件一旦發(fā)生損壞,會對發(fā)動機其他部位的零件造成一定的影響,進而影響到發(fā)動機的穩(wěn)定工作。因此,主軸頸的制造工藝必須符合標準規(guī)范的嚴格要求。隨著科技發(fā)展,仿真技術日益成熟,尤其在發(fā)動機零部件設計中得到了較多的應用。本文主軸頸的原材料為S34Mn V鋼,為得到溫度、相變和應力影響在內(nèi)的多場耦合模擬,有必要量化應力對相變塑性和相變動力學的影響,并推導出相應的數(shù)學模型。本文首先對船用主軸頸進行了簡單的介紹,闡述了國內(nèi)外熱處理過程的數(shù)值模擬發(fā)展歷程,理論部分著重介紹了傳熱、組織與應力計算模型的基本原理。采用Gleeble-3500型熱模擬機,通過不同拉/壓應力下的膨脹實驗研究了S34Mn V鋼馬氏體體積變化。從總應變中提取彈性應變、熱應變和相變應變,對實驗數(shù)據(jù)進行了綜合分析,確定了Greenwood-Johnson馬氏體相變模型中的相變塑性系數(shù)和Koistinen-Marburger方程中的相變動力學參數(shù)與應力的關系。利用JMat Pro軟件計算了S34Mn V鋼的各個物性參數(shù),并利用ABAQ... 

【文章來源】：昆明理工大學云南省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

船用曲軸

第一章緒論3表1.2S34MnV鋼的調(diào)質處理后性能要求Table1.2PerformancerequirementsofS34MnVsteelafterquenchingandtempering性能Re(MPa）Rm(MPa）A(%）Z(%）Akv(J）參考硬度(HB）S34MnV鋼≥350≥610縱向試樣≥18，橫向試樣≥15≥40縱向試樣≥18，橫向試樣≥14180~2201.3熱處理過程數(shù)值模擬采用傳統(tǒng)的實驗進行熱處理，不僅浪費大量的人力、物力，而且所得到的結果通常含有較大的局限性。如今隨著計算機技術和有限元仿真模擬技術的迅速發(fā)展，國內(nèi)外通過在虛擬的實驗室中數(shù)值模擬出各種實驗，相對于傳統(tǒng)實驗方法，數(shù)值模擬具有成本低、周期短等特點。在熱處理過程中，很多復雜因素相互影響制約，在圖1.2中顯示了在熱處理過程中多場之間及和化學成分之間的關系。圖1.2熱處理過程中溫度嘗金屬組織、應力/應變場和化學成分關系示意圖Fig.1.2Illustrationofthecouplingrelationshipoftemperature,microstructureandstress/stain(1)溫度場對應力/應變場作用：在熱處理過程中，工件不同部位之間存在著冷卻不均勻和不同時現(xiàn)象，工件的各部位相互連接在一起，彼此制約，各個部位產(chǎn)生不協(xié)調(diào)膨脹或者收縮，從而造成熱應力。(2)應力/應變場對溫度作用：作用在物體表面或內(nèi)部的應力將進一步產(chǎn)生應變，同時將其中的部分能量轉化為熱能，然后通過熱量的形式釋放出來，這個過程被稱為機械功生熱。(3)溫度場對金屬組織影響：在擴散、非擴散相變中，溫度對組織轉變及組織的轉變量都有一定的影響。

第二章淬火過程的基本理論15Davenport和Bain于1930年提出了等溫轉變曲線，即TTT曲線[50]。從TTT曲線可以看出不同溫度下的顯微組織變化，本論文按照TTT曲線和疊加法來計算組織的轉變。圖2.1為JMatPro軟件計算出的S34MnV鋼的等溫轉變曲線。從圖2.1上可以看到：(1)S34MnV鋼從奧氏體化溫度冷卻到不同溫度，等溫一段時間后產(chǎn)生的組織；(2)各種轉變產(chǎn)物的形成溫度區(qū)間，即相變開始與終了溫度；(3)各個溫度下等溫轉變開始、終了的時間；(4)轉變終了時的各個組織的轉變量。圖2.1等溫轉變曲線(TTT)Fig.2.1Isothermaltransformationcurve在淬火過程中，S34MnV鋼熱處理過程中會發(fā)生奧氏體向珠光體轉變的擴散型相變，也有奧氏體向馬氏體轉變的非擴散型相變，但是，目前還沒有統(tǒng)一描述各種材料在不同條件下各個相的相變形核及新相生長的動力學表達[51]。2.2.1擴散型相變在本文中，特作以下假設：忽略新相形成時成分分布的變化、新舊相碰撞與否對相變動力學的影響，本文假設形核率、生長率不會隨溫度變化而發(fā)生變化，新相生長的速度較快，當達到一定尺寸時，新相會立即停止生長。此時可以利用Avrami方程結合Scheil相加性原理計算S34MnV鋼的鐵素體、珠光體的轉變；對于擴散型轉變，可以用Avrami[52]提出的經(jīng)驗方程來描述：=1()(2.12)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cr5鋼馬氏體的相變塑性和應力對其相變動力學的影響[J]. 王葛,王亞杰,李磊,馬占山,胡君泰,陳博偉,李強.  材料研究學報. 2018(07)
[2]NiTi合金的相變-塑性統(tǒng)一本構模型與數(shù)值算法[J]. 李云飛,陳成,曾祥國.  航空材料學報. 2018(01)
[3]輪轂軸承外圈整體淬火過程的數(shù)值模擬[J]. 李明磊,劉宏業(yè),鄧凱文,鄧四二,康乃正.  軸承. 2016(07)
[4]應力對U75V重軌鋼珠光體轉變的相變塑性影響[J]. 陳林,常國,魏然,李澤遠,王曉婷,劉宇雁.  塑性工程學報. 2014(05)
[5]基于JMatPro軟件15CrMo滲碳鋼淬火組織與熱物理力學性能預測[J]. 楊永春.  熱加工工藝. 2013(20)
[6]Al-Mg-Si-Mn合金的TTT曲線[J]. 李慎蘭,黃志其,陳維平,劉志銘,戚文軍.  材料熱處理學報. 2013(04)
[7]金屬材料相圖及物理性能計算軟件JMatPro V6.1簡介[J].   CAD/CAM與制造業(yè)信息化. 2012(10)
[8]發(fā)動機曲軸材料及其發(fā)展[J]. 李海國,路俊峰.  汽車工藝與材料. 2012(09)
[9]船舶柴油機曲軸軸線狀態(tài)評估系統(tǒng)開發(fā)與運用[J]. 郭軍武,陳寶忠,鄧榮成.  船舶工程. 2011(S2)
[10]利用Fourier變換求解熱傳導方程的定解問題[J]. 金啟勝.  上饒師范學院學報. 2011(03)

碩士論文
[1]特大型支承輥鍛后熱處理過程數(shù)值模擬及組織控制技術[D]. 劉澤虎.河南科技大學 2013
[2]大型船用曲軸曲拐鍛造新工藝及工裝研究[D]. 鄭會賽.燕山大學 2012
[3]船舶動力裝置軸功率測量方法研究[D]. 肖華.武漢理工大學 2009
[4]船用大型組合式曲軸曲柄鍛造工藝的數(shù)值模擬及實驗研究[D]. 武玉波.燕山大學 2005
[5]AZ61鎂合金SIMA法半固態(tài)制備及二次加熱的研究[D]. 張發(fā)云.南昌大學 2005



本文編號：3415597