為深入了解金屬材料進行強流脈沖電子束(HCPEB)處理對組織和性能的影響規(guī)律以及為推廣HCPEB技術(shù)進一步應(yīng)用提供重要理論和試驗參考價值,采用數(shù)值模擬和試驗相結(jié)合的方法研究脈沖電子束照射次數(shù)對溫度場及熔化層深度的影響。基于熱傳導的數(shù)學模型建立了40Cr進行HCPEB表面處理的溫度場有限元模型,對27 kV加速電壓下不同照射次數(shù)的溫度場和熔深作了模擬,并與40Cr進行HCPEB的對應(yīng)工藝參數(shù)試驗結(jié)果作了對比。通過模擬和試驗對比解釋了熔化層等現(xiàn)象,分析相同電壓下照射次數(shù)對溫度分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明:27 kV加速電壓下,較少次數(shù)(1～3次)照射的表面溫度升高明顯;隨照射次數(shù)增加,照射5～15次時溫度升高趨勢逐步放緩;照射次數(shù)超過17次后溫度趨于穩(wěn)定,繼續(xù)增加照射次數(shù)對于提高表面溫度沒有作用;模擬得到的熔深特征與試驗結(jié)果的趨勢和規(guī)律一致,這表明該模型下進行數(shù)值模擬得到的結(jié)果具有較高準確性,照射次數(shù)增加對溫度場與對熔化層組織厚度的影響規(guī)律相同,當照射次數(shù)超過10次后,熔化層厚度不隨照射次數(shù)增加而明顯增大。

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【部分圖文】：

圖1脈沖電子束分析步示意

模擬HCPEB多次照射時，將每次電子束照射和冷卻過程看做一個周期，脈寬為3.5μs，冷卻時間間隔穩(wěn)定為5s，為了避免脈沖電子束作用后試樣表面劇烈的溫度變化使模型不收斂，照射后設(shè)置一個時間為6.5s冷卻銜接分析步。圖1為脈沖電子束分析步示意，每個照射次數(shù)設(shè)置3個分析步（加熱，銜....

圖2模型形狀與網(wǎng)格劃分

模型形狀為圓柱體，先在圓柱表面布置均勻的種子，沿著軸線為掃略路徑劃分網(wǎng)格。為了模型的精確性，將軸線方向上節(jié)點的距離設(shè)置為1mm，網(wǎng)格單元數(shù)量為82800，最小網(wǎng)格尺寸為4.8μm×4.8μm×1.0μm，見圖2。1.3工藝參數(shù)

圖3電子束流平均能量密度與靶距離之間的關(guān)系

劉威[22]試驗驗證，金屬材料40Cr在27kV加速電壓下HCPEB處理的改性效果較好，在達到一定照射次數(shù)后，試樣表層溫度分布趨于穩(wěn)定，不隨照射次數(shù)的增加而變化。因此，采用的加速電壓為27kV，照射次數(shù)為1～30次進行數(shù)值模擬，并將1,5,10,15,20次模擬結(jié)果與相同參數(shù)....

圖440Cr經(jīng)27kV、25次HCPEB照射后表層溫度隨時間變化

圖4是脈寬為3.5ms，加速電壓為27kV、25次HCPEB照射后，40Cr表層深度為0～40mm、時間為0～10ms的模擬三維溫度分布。由圖4可知，距離表面10μm范圍電子束照射處理過程中溫度較高，深度超過30μm以后，在電子束照射處理過程中溫度保持穩(wěn)定；27kV、25....

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