本文關(guān)鍵詞：30CrMnSi鋼滲氮與激光淬火復(fù)合改性過程數(shù)值模擬

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【摘要】：本文對30Cr Mn Si鋼滲氮-激光淬火復(fù)合改性過程進行了數(shù)值模擬與實驗驗證。采用Matlab,Thermo-calc和Abaqus軟件分別對滲氮層內(nèi)氮濃度分布,Fe-C-N三元相圖,激光淬火溫度場進行了模擬計算,進而獲得了不同復(fù)合工藝的改性層硬化層深度、相分布和硬度分布。采用OM、XRD、SEM和EDS等手段對復(fù)合改性層的顯微組織,相結(jié)構(gòu)和滲入元素分別進行了分析,并對復(fù)合改性層的顯微硬度分布、殘余應(yīng)力進行了表征。復(fù)合改性層的硬化深度模擬結(jié)果表明,500?C×16h的滲氮試樣經(jīng)掃描速率為15mm/s的激光改性后硬化深度模擬值最深,達到553μm;相分布模擬結(jié)果表明,隨滲氮時間延長,復(fù)合改性層中的馬氏體分布深度有所提高,其分布范圍有明顯擴大;硬度分布模擬結(jié)果表明,復(fù)合改性層的硬度分布由表及里可分為滲氮-激光淬火綜合影響區(qū)(HV740)、激光淬火熱影響區(qū)(HV552)和基體(HV296)三部分,滲氮時間的延長有利于擴大改性層高硬度區(qū)域。組織觀察表明,復(fù)合改性層由表及里可分為四個區(qū)域:殘余奧氏體富集區(qū)、滲氮-激光淬火復(fù)合影響區(qū)、激光淬火熱影響區(qū)和基體。與原始滲氮層相比,激光淬火后改性層厚度顯著增加。由XRD結(jié)果指出,激光淬火后滲氮層有殘余奧氏體生成,表層相結(jié)構(gòu)主要包括γ′-Fe4N、ε-Fe2-3N、AR和α′相;在激光掃描速率較小時,改性層出現(xiàn)Fe3O4。在掃描速率為30mm/s時,復(fù)合改性層中出現(xiàn)了ε相向γ′-Fe4N相的轉(zhuǎn)變。EDS分析表明,激光淬火后,最表層內(nèi)的N含量明顯降低。顯微硬度測試表明,復(fù)合改性層近表層硬度略有降低,改性層內(nèi)部硬度較高,硬度值可達HV0.1750以上。500?C×16h的滲氮試樣經(jīng)過掃描速率為15mm/s的激光改性后硬度曲線最佳,改性層中的最高硬度可達HV0.1770,硬化深度達540μm。改性層硬度分布的模擬值與實驗值基本吻合,N元素的摻雜導(dǎo)致30Cr Mn Si鋼奧氏體轉(zhuǎn)變溫度降低是滲氮-激光淬火復(fù)合改性層硬化區(qū)域擴大的主要原因。殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明,30Cr Mn Si鋼滲氮后表面殘余應(yīng)力最大,為N=-749±20.18MPa;滲氮試樣經(jīng)激光淬火后表面殘余壓應(yīng)力略有降低,為N-L=-596.5±23.00MPa;激光淬火試樣表面殘余壓應(yīng)力最小,為L=-160±14.49MPa。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG161

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 江海河;激光加工技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展及展望[J];光電子技術(shù)與信息;2001年04期

2 周上棋;胡振紀;任勤;范秋林;彭江嘉;蘇曉光;鄭鈞琪;;快速深層離子滲氮工藝的應(yīng)用[J];金屬熱處理;1993年03期

3 范雪燕,石娟,吳鋼;激光表面淬火瞬態(tài)溫度場在ANSYS中的模擬[J];上海金屬;2005年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 唐麗娜;淬火態(tài)30CrMnSiA和42CrMo鋼等離子體稀土氮碳共滲層組織與性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號：1155505