本文關鍵詞：Cr8鋼工作輥淬火過程數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化

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【摘要】：工作輥作為軋機上使軋材發(fā)生塑性變形的消耗部件,在很大程度上影響著整個軋機生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和軋件的品質。工作輥的工作條件極為復雜,通常需要承受磨損、動靜載荷和溫度劇烈波動等,所以對其服役性能的要求極為嚴格。為了增強工作輥的服役性能,不僅需要嚴格控制工作輥的鍛造質量,還要不斷改進其熱處理工藝。熱處理工藝的優(yōu)劣對于工作輥的最終服役性能影響巨大。首先,利用實驗,分析了Cr8鋼在加熱階段和淬火階段的相變過程。通過研究不同加熱速度下其奧氏體化組織轉變,得出加熱速度對于奧氏體化相變開始點與相變結束點的影響,繪制了Cr8鋼的CHT曲線,并利用Sellar數(shù)學模型,建立了Cr8鋼晶粒長大數(shù)學模型,為其加熱工藝的制訂提供了理論指導;通過測試在不同冷卻速度下Cr8鋼的組織轉變,獲得了Cr8鋼的連續(xù)冷卻相變點,并依此繪制了Cr8鋼的CCT曲線。接著,以某廠的Cr8鋼大型工作輥為原型,構建出其幾何模型和數(shù)值模擬模型,通過實驗方法測量其導熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)等基礎參數(shù),完善數(shù)值模擬數(shù)學庫;利用有限元軟件平臺DEFORM,對該Cr8鋼工作輥的加熱過程和淬火過程進行了數(shù)值模擬,分析了其溫度場、組織場和應力場分布和演化規(guī)律。然后,針對原工藝出現(xiàn)的殘余應力較大和淬硬層較淺等問題,通過田口方法對其淬火工藝進行了穩(wěn)健性設計;通過選取影響因子和噪聲因子,對淬火時間、淬火方式等關鍵淬火工藝參數(shù)進行了優(yōu)化;通過對大量模擬數(shù)據(jù)進行信噪比分析和方差分析,并綜合多方因素,制定出了一個相對較優(yōu)的新淬火工藝方案。最后,對該優(yōu)化后的新淬火工藝方案進行了數(shù)值模擬,并與原工藝進行了性能參數(shù)對比,結果表明新淬火工藝下Cr8鋼軋輥的殘余應力大為減小,而淬硬層深度卻得到了增加,從而證明通過使用田口方法得到的新淬火工藝切實有效,為實際Cr8鋼工作輥的淬火生產(chǎn)工藝制定與優(yōu)化提供了重要參考依據(jù)。
【關鍵詞】：Cr8鋼 工作輥 相變 數(shù)值模擬 田口方法
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG333.17;TG156.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 工作輥材料的發(fā)展進程11
• 1.3 工作輥的熱處理11-13
• 1.4 淬火熱處理過程的數(shù)值模擬13-14
• 1.5 淬火熱處理的工藝改進14-15
• 1.6 本文的研究內容15-16
• 第2章 Cr8鋼相變特性研究及物性參數(shù)確定16-30
• 2.1 Cr8鋼奧氏體化動力學研究16-21
• 2.1.1 測試原理16-17
• 2.1.2 測試方法及參數(shù)17-18
• 2.1.3 CHT曲線的繪制18-19
• 2.1.4 奧氏體化相變激活能的確定19-21
• 2.2 Cr8鋼的連續(xù)冷卻轉變21-24
• 2.2.1 實驗方法22
• 2.2.2 相變點的確定22
• 2.2.3 金相組織的分析22-24
• 2.2.4 CCT曲線的繪制24
• 2.3 導熱系數(shù)的測定24-27
• 2.3.1 熱擴散系數(shù)的測定25-26
• 2.3.2 比熱容26
• 2.3.3 密度的測量26-27
• 2.3.4 導熱系數(shù)27
• 2.4 Cr8鋼熱物性參數(shù)27-28
• 2.5 Cr8鋼力學性能參數(shù)28-29
• 2.6 本章小結29-30
• 第3章 淬火熱處理過程的有限元數(shù)學模型分析30-41
• 3.1 溫度場模型的建立30-35
• 3.1.1 固體導熱微分方程30-31
• 3.1.2 初始條件31
• 3.1.3 邊界條件31-32
• 3.1.4 有限單元方程32-34
• 3.1.5 相變潛熱34-35
• 3.2 組織場的計算35-37
• 3.2.1 擴散型相變分析35
• 3.2.2 非擴散型相變分析35-36
• 3.2.3 等溫轉變曲線36-37
• 3.3 應力場的計算37-40
• 3.3.1 關于應力場的幾點假設37-38
• 3.3.2 熱彈塑性應力與應變關系38-39
• 3.3.3 熱彈塑性問題計算39-40
• 3.4 本章小結40-41
• 第4章 工作輥淬火熱處理過程數(shù)值模擬41-57
• 4.1 工作輥淬火過程的數(shù)學模型41-43
• 4.1.1 工作輥的幾何模型41-42
• 4.1.2 有限元分析模型42
• 4.1.3 邊界條件42-43
• 4.2 Cr8鋼工作輥的加熱工藝與淬火工藝43-47
• 4.3 加熱過程的數(shù)值模擬47-51
• 4.4 淬火過程的數(shù)值模擬51-56
• 4.5 本章小結56-57
• 第5章 基于田口方法的Cr8鋼工作輥淬火工藝優(yōu)化57-74
• 5.1 田口方法的理論概述57-60
• 5.1.1 田口方法的涵義57-58
• 5.1.2 正交實驗設計58
• 5.1.3 損失函數(shù)與信噪比58-60
• 5.2 基于田口方法的數(shù)據(jù)準備60-64
• 5.2.1 因子和水平的選取60-61
• 5.2.2 工作輥的性能需求61
• 5.2.3 正交表的設計61-62
• 5.2.4 數(shù)值模擬的田口數(shù)據(jù)62-64
• 5.3 數(shù)值模擬結果分析64-69
• 5.3.1 試驗結果信噪比分析64-66
• 5.3.2 試驗結果方差分析66-69
• 5.4 優(yōu)化結果的驗證69-73
• 5.4.1 溫度場分析69-70
• 5.4.2 組織場分析70-71
• 5.4.3 應力場分析71-73
• 5.5 本章小結73-74
• 結論74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79

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