本文關(guān)鍵詞：Cr5鋼支承輥水—空交替熱處理工藝數(shù)值模擬與實驗研究

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【摘要】：支承輥作為軋機中的關(guān)鍵部件,其性能的優(yōu)劣會直接影響軋制產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。為得到高服役性能的支承輥,除了需對材料成分進行探索和開發(fā)之外,還需對其熱處理工藝進入深入研究。本文通過數(shù)值模擬與實驗測試,對Cr5支承輥的熱處理工藝進行了研究,得到了滿足支承輥使用需求的水-空交替熱處理工藝。首先,利用Gleeble-3800熱模擬試驗機測得了Cr5鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線和熱膨脹系數(shù)等參數(shù),并對Cr5鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變進行了研究,完善了Cr5鋼支承輥在熱處理過程中的溫度場、組織場和應(yīng)力應(yīng)變場相互耦合的數(shù)學(xué)模型。接著,利用HYPERMESH網(wǎng)格劃分工具對Cr5支承輥的三維幾何模型進行網(wǎng)了網(wǎng)格劃分,并將其導(dǎo)入到DERORM數(shù)值模擬軟件中對其最終熱處理過程進行了數(shù)值模擬。通過控制不同冷卻時間和空冷時間,制定了四種水-空交替熱處理工藝,并對這四種工藝下支承輥的溫度場、組織場和應(yīng)力應(yīng)變場等模擬結(jié)果進行了分析,得到了能夠滿足支承輥使用需求的水-空交替熱處理工藝。最后,利用Gleeble-3800熱模擬試驗機對其水-空交替淬火工藝和連續(xù)噴霧淬火工藝進行了物理模擬與對比實驗。并通過拉伸實驗、沖擊實驗、硬度測試和金相觀察等,分析了經(jīng)這兩種熱處理工藝處理后Cr5鋼試件的組織和力學(xué)性能。由實驗結(jié)果可知,試件經(jīng)水-空交替淬火工藝處理后組織的塑性與韌性均較經(jīng)連續(xù)噴霧淬火后有明顯提高。雖然試件的強度和硬度稍有下降,但仍能夠滿足支承輥的強度和硬度使用要求;試件經(jīng)水-空交替淬火處理后,殘留奧氏體有明顯提高,這也是其塑性和韌性等提高的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：Cr5鋼 支承輥 水-空交替 淬火 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG162.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 大型支承輥的制造工藝11-13
• 1.2.1 鋼錠的冶煉與澆鑄11-12
• 1.2.2 支承輥的熱處理工藝12-13
• 1.3 熱處理數(shù)值模擬研究概況13-14
• 1.4 應(yīng)力與組織轉(zhuǎn)變之間的相互影響14-17
• 1.4.1 應(yīng)力對相變動力學(xué)的影響15-16
• 1.4.2 相變塑形16-17
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 Cr5鋼性能參數(shù)及相變動力學(xué)曲線測定19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 Cr5鋼的化學(xué)成分19-20
• 2.3 Cr5鋼的基本性能參數(shù)20-21
• 2.3.1 Cr5鋼的力學(xué)性能參數(shù)20
• 2.3.2 Cr5鋼的熱物性參數(shù)20-21
• 2.4 Cr5鋼的CCT曲線21-25
• 2.4.1 實驗設(shè)備21-22
• 2.4.2 實驗原理22-23
• 2.4.3 實驗工藝及結(jié)果23-25
• 2.5 Cr5鋼的TTT曲線25-26
• 2.6 Cr5鋼的熱膨脹系數(shù)26-29
• 2.6.1 熱膨脹系數(shù)測量原理26
• 2.6.2 熱膨脹儀工作原理26-27
• 2.6.3 實驗結(jié)果與分析27-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第3章 應(yīng)力與馬氏體轉(zhuǎn)變的相互作用30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 馬氏體相變動力學(xué)與相變塑性模型30-32
• 3.2.1 馬氏體相變動力學(xué)模型30-31
• 3.2.2 馬氏體相變塑性模型31-32
• 3.3 試件尺寸及實驗方法32-34
• 3.3.1 試件尺寸32
• 3.3.2 實驗方法32-34
• 3.4 實驗結(jié)果與分析34-40
• 3.4.1 馬氏體組織轉(zhuǎn)變曲線34
• 3.4.2 應(yīng)力對相變動力學(xué)的影響34-37
• 3.4.3 應(yīng)力對Ms點的影響37
• 3.4.4 相變塑性實驗結(jié)果分析37-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 支承輥熱處理過程數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論41-51
• 4.1 溫度場數(shù)學(xué)模型41-44
• 4.1.1 導(dǎo)熱方程41-42
• 4.1.2 初始條件42
• 4.1.3 溫度場有限單元方程42-44
• 4.1.4 相變潛熱44
• 4.1.5 溫度場基本假設(shè)44
• 4.2 組織場數(shù)學(xué)模型44-45
• 4.3 應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)學(xué)模型45-50
• 4.3.1 彈性問題基本方程45-47
• 4.3.2 熱彈塑性基本問題47-49
• 4.3.3 熱彈塑性問題假設(shè)49
• 4.3.4 應(yīng)力對組織轉(zhuǎn)變的影響49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 支承輥熱處理過程數(shù)值模擬與實驗51-76
• 5.1 支承輥數(shù)值模擬模型及邊界條件51-54
• 5.1.1 支承輥的幾何模型51-52
• 5.1.2 支承輥的網(wǎng)格劃分52
• 5.1.3 邊界條件52-54
• 5.2 支承輥熱處理工藝54-57
• 5.3 加熱過程數(shù)值模擬57-61
• 5.4 淬火過程數(shù)值分析61-70
• 5.4.1 水-空交替淬火工藝62-63
• 5.4.2 溫度場模擬結(jié)果分析63-64
• 5.4.3 組織場模擬結(jié)果分析64-66
• 5.4.4 應(yīng)力場模擬結(jié)果分析66-70
• 5.5 實驗驗證70-75
• 5.5.1 金相實驗70-71
• 5.5.2 拉伸實驗71-73
• 5.5.3 沖擊實驗73-74
• 5.5.4 硬度實驗74-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-77
• 參考文獻77-82
• 致謝82

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本文編號：561605