目的通過數(shù)值模擬,研究電源頻率、電流密度、鋼板移動(dòng)速度對感應(yīng)淬火過程中鋼板溫度場的影響規(guī)律,為實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)選取提供參考。方法利用ANSYSAPDL語言建立鋼板連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)淬火過程的有限元計(jì)算模型,對不同工藝參數(shù)下的鋼板溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬。以優(yōu)化后的工藝參數(shù)對20mm厚的40Cr鋼板進(jìn)行感應(yīng)淬火實(shí)驗(yàn),利用熱電偶對鋼板關(guān)鍵點(diǎn)溫度進(jìn)行測量,通過金相顯微鏡和顯微硬度計(jì)對淬火后的鋼板進(jìn)行微觀組織和硬度分析。結(jié)果鋼板關(guān)鍵點(diǎn)溫度計(jì)算結(jié)果與測量結(jié)果的最大誤差率約為4%,表明該模型具有較高的計(jì)算精度。不同工藝參數(shù)下鋼板溫度場的分析結(jié)果表明:電源頻率越高,電流密度越大,則加熱速度越快,且隨著電源頻率的升高,高溫區(qū)深度先增大后減小;而電流密度越大,鋼板移動(dòng)速度越慢,則高溫區(qū)深度越大。鋼板淬火后,其厚度方向上的微觀組織基本上分為三個(gè)區(qū):相變硬化區(qū)、熱影響過渡區(qū)和未相變區(qū)。相變硬化區(qū)組織為細(xì)小的針狀馬氏體,最高硬度達(dá)700HV,淬硬層深度約6 mm;熱影響過渡區(qū)中馬氏體逐漸減少;未相變區(qū)仍保持原始珠光體和鐵素體組織。結(jié)論模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,可用來指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)選取。

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【部分圖文】：

圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

感應(yīng)淬火作為一項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)，早在19世紀(jì)30年代就開始應(yīng)用于曲軸頸的表面淬火，雖然傳統(tǒng)的感應(yīng)淬火技術(shù)在處理曲軸、齒輪、軸承等零部件上取得了良好的效果[1-4]，但在處理材料上，尤其是在處理鋼板上的研究和應(yīng)用還很少。國外曾做過1mm厚AISI8620薄鋼帶的感應(yīng)淬火實(shí)驗(yàn)，淬火處理后....

圖2電磁-熱耦合計(jì)算流程

感應(yīng)淬火過程涉及到兩個(gè)物理場，即電磁場和溫度場。交變電磁場使鋼板中產(chǎn)生渦流，渦流所產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)影響溫度場，而鋼板磁導(dǎo)率、電阻率等材料參數(shù)受溫度影響很大，進(jìn)而影響電磁場，因此感應(yīng)淬火過程中，電磁場和溫度場之間相互影響、相互耦合。ANSYS電磁-熱耦合問題一般采用物理環(huán)境法進(jìn)行求解....

圖3連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)淬火動(dòng)態(tài)加載示意圖

利用ANSYS模擬連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)淬火的一個(gè)關(guān)鍵問題在于，如何處理工件的運(yùn)動(dòng)。采用線圈單元網(wǎng)格隨時(shí)間移動(dòng)代替工件連續(xù)移動(dòng)，利用APDL語言實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱和噴水冷卻的動(dòng)態(tài)加載，如圖3所示。建立有限元模型時(shí)，將線圈經(jīng)過的路徑全部賦予線圈的單元類型和材料參數(shù)，并將該路徑進(jìn)行網(wǎng)格劃分。施加電流....

圖4鋼板在不同時(shí)刻的溫度分布

圖4為鋼板在不同時(shí)刻（電源頻率6kHz，電流密度4×106A/m2，鋼板移動(dòng)速度2mm/s）的溫度分布云圖。由于感應(yīng)加熱存在集膚效應(yīng)，高溫區(qū)（超過40Cr鋼Ac3溫度的區(qū)域）集中在鋼板表層一定深度內(nèi)；又由于連續(xù)移動(dòng)感應(yīng)淬火過程中，鋼板加熱后立即進(jìn)行噴水冷卻，高溫區(qū)只集中在....

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