【摘要】：隨著社會發(fā)展和科技進步,潛孔沖擊器被廣泛用于石油、礦山、建筑等行業(yè)中。國家對基礎建設的投資非常大,這帶動了潛孔沖擊器活塞的研究前景,活塞是易損件,且是研究意義非常大的一個零件。目前很多廠家都是憑借經驗來設計和生產活塞,在實際工作中,經常發(fā)生斷裂,但斷裂的原因有60%~80%是由于淬火產生的殘余應力造成的,這給工程應用造成巨大損失。因此,對潛孔沖擊器活塞淬火的工藝參數有十分重要的現實意義。本文運用有限元軟件ANSYS,對于潛孔沖擊器活塞(材料為20Cr2Ni4A鋼)淬火過程進行了有限元模擬,分析了潛孔沖擊器活塞淬火過程中的溫度場、應力場的分布特點及變化規(guī)律,對淬火過程中的工藝參數進行了一系列的優(yōu)化,通過得到的結果分析如下:(1)淬火初始溫度為800℃、840℃、880℃,淬火介質為油,介質溫度為20℃,隨著溫度增加,殘余應力也增加。由于奧氏體轉變溫度是850℃,如果選擇800℃時,不能完全奧氏體化,而實際熱處理時,一般會選擇840℃來進行熱處理。(2)當初始溫度為840℃時殘余應力是最小的,介質溫度不變,為20℃時,改變介質。介質分別是水、12%FEROQUENCH水溶液、15%氯化鈉溶液、20機油。最大殘余應力是介質是水,最小的是油。通過分析,得出結論隨時間變化,應力變化由小到大20機油中淬火產生的殘余應力12%FEROQUENCH水溶液中淬火產生的殘余應力15%氯化鈉溶液中淬火產生的殘余應力水中淬火產生的殘余應力。因此介質選擇油比較合適。(3)初始溫度為840℃,介質為淬火油,改變淬火油溫度來進行介質溫度優(yōu)化,淬火油溫度分別為20℃、35℃、50℃、65℃。隨著淬火油溫度的增加,殘余應力越來越小。對比淬火油溫度為35℃和淬火油溫度為65℃,兩者殘余應力相差10MPa左右,但是讓油溫在淬火油溫度為60℃需要花費的成本遠比淬火油溫度為35℃高很多,操作過程中的安全隱患也會增加,所以選擇淬火油溫度為35℃。(4)在實際生產中,活塞從840℃冷卻到500℃的過程中,冷卻速度需要比較快且淬透性好,淬火油冷卻,雖然得到的應力最小,但是長時間高溫加熱,會讓材料中奧氏體含碳量變多,晶粒粗大,冷卻后會讓大量的殘余奧氏體留在活塞中,使活塞硬度下降,內應力增加。下面采取水-油、鹽水-油,初始溫度為840℃,介質溫度為35℃,冷卻至500℃時用油冷卻。隨著時間變化,水-油淬火液、鹽水-油淬火液、油淬火液中,油淬時殘余應力最小,水-油淬火液時殘余應力最大。產生殘余應力從大到小規(guī)律是油中淬火產生的殘余應力鹽水-油中淬火產生的殘余應力水-油中淬火產生的殘余應力。馬氏體轉化之前,需要快速冷卻,而油淬冷卻產生的殘余應力雖然最小,但是可能淬透性不夠,如果需要良好的淬透性,就選擇雙液淬火,所以選擇鹽水-油。(5)鹽水濃度對殘余應力也有影響,對初始溫度為840℃,介質溫度為35℃,鹽水濃度為10%、15%、20%,冷卻至500℃時,用油冷卻。隨著時間變化,鹽水的濃度越高,產生的殘余應力越小。通過上面的比較,鹽水濃度越高,最后的殘余應力越小,相差并不是很大,但是鹽水濃度越高,零件產生的腐蝕越大,且更容易被氧化,選擇用10%鹽水油也可以節(jié)約成本。(6)次級淬火時的溫度對殘余應力也會產生影響,在400℃到500℃會發(fā)馬氏體轉變,下面做了在400℃、450℃、500℃換成油淬火的應力分析。隨著時間變化,產生的殘余應力越小的是在次級淬火溫度是450℃到500℃之間時。
【圖文】：

圖 1-2 活塞斷裂處Figure 1-2 Fracture of piston料》關于淬火的知識，淬火過程主要有升溫冷卻至常溫，這個過程會伴隨組織改變，各生一定的變形，也會產生比較大的殘余應力中，算是比較大的零件，如果淬火過程中某能斷裂或者達不到使用的要求，這會讓公司展進步，熱處理的技術在模擬和實驗分析中工藝是熱處理過程中一個非常重要的步驟，一瞬間轉變完成的。當今科技發(fā)展，無法非數的變化，這使對淬火冷卻研究非常具有局限1.6 本文研究方法軟件 ANSYS，對潛孔沖擊器活塞（材料為 2

圖 2-1 ANSYS 分析的流程圖Figure2-1 ANSYS analysis process.的建立及導入模型主要有兩種方式：（1）比較簡單比較復雜且形狀不規(guī)則的模型，比較件建模，然后導入到 Ansys 軟件中。，選擇的是第二種建模方式。圖，如圖 2-2，本文選用專業(yè)的建模軟維圖，，如圖 2-3 所示。并將其另存為
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG156.3

【參考文獻】

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1 周文鳳;黃文榮;張永v

本文編號：2597949