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材料热处理过程的数值模拟

借助电子计算机将材料学、传热学、弹塑性力学、流体力学和数学等多学科的理论知识加以集成,建立定量描述热处理过程中各种现象及其相互作用的数学模型,就有可能用计算机模拟在热处理生产条件下工件内温度、浓度、组织和应力与应变的变化情况,使人们得以在虚拟现实的环境下获得对整个工艺过程的规律性的认识,使热处理质量的精确控制和工艺优化成为可能,并有助于发现创新性工艺和设备设计。$$采用三维非线性温度场-相变-应力/应变相互耦合的模型可以进行复杂淬火操作的模拟。研究发现:在一定条件下淬火时适当的预冷不仅能减少开裂危险而使淬硬层深度有所增加;用预冷→水淬→分层自回火的方法代替油冷,可使淬硬层深度大幅度增大,改善心部组织与性能,并能有效地防止淬火开裂;用计算机模拟方法确定的加热时间、比原工艺明显缩短。$$进行气体渗碳和气体渗氮瞬态温浓度场的数值模拟,获得以下的可喜成果。基于数值模拟的智能控制技术实现控制整个渗层的浓...  (本文共1页) 阅读全文>>

权威出处: 科技日报2002-08-05
山东农业大学
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热处理零件组织性能分布的计算机预测及其结构设计

热处理工艺对于提高材料性能的潜力,满足机械零件在加工和使用过程中对性能的要求具有重要作用。长期以来,对零件热处理后组织性能分布进行较为准确的计算机预测预报一直没有得到很好解决。同时,零件淬火过程中内应力分布及变化情况极难测定,导致其结构优化设计相对滞后。基于此,本文采用计算机数值模拟及仿真技术,对结构钢零件热处理后组织性能的分布情况进行预测预报及实验验证,并且基于淬火过程中应力分布的模拟实现了对淬火零件结构的优化设计。首先对热处理过程中传热、相变及内应力等内容的有限元基本原理进行了理论分析论述,然后开发出一种零件热处理后不同部位组织性能的计算机数值模拟预测预报系统,通过合理选择钢的热物性参数及热处理过程中零件与环境的换热系数,对几种普通热处理(水淬、油淬、正火、退火)和感应淬火工艺下零件的温度场进行数值模拟,获得零件各部位的冷却速度,而后结合梅尼尔模型,可以实现对不同成分、不同结构零件热处理后组织及含量、硬度、热应力大小及分布较...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

铝合金大型复杂构件热处理过程的多场耦合模型与变形预报

Al-Si系是铸造铝合金中用途最广的合金系,其中ZL114A合金以其优良的铸造性能、良好的耐腐蚀性及较高的比强度,广泛应用在航空航天及汽车产业等领域。Al-Cu系中的ZL205A合金是另外一种被广泛应用在航空航天等领域的铸造铝合金。航空航天等尖端技术的快速发展使铸造铝合金构件的大型化、整体化及复杂化成为必然趋势,热处理作为铸造铝合金大型复杂构件的最后一道热加工工序就显得尤为重要。预测和控制构件的淬火残余应力及淬火变形一直是航空航天领域迫切需要解决的问题。影响铝合金大型复杂构件淬火残余应力及变形的因素主要有构件的结构特点和尺寸大小,构件材料的热物性能和力学性能,淬火介质的冷却性能,构件进入介质的方式,边界条件及人为因素等。但目前针对大型复杂构件的淬火变形问题尚未有系统和全面的研究。本文首先通过差示扫描量热分析和金相分析的方法,确定了ZL114A和ZL205A合金的固溶温度,分别为535-550℃和540-550℃。通过热模拟实验得...  (本文共176页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京科技大学
北京科技大学

冷轧高强钢板带热处理过程板形变化规律研究

高强度钢在建筑、交通、桥梁、船舶、工程机械、输油气管道、大型塔架结构以及国防装备等众多领域具有广泛应用前景。冷轧高强钢板带热处理过程的板形问题是制约其进一步提高质量的主要生产技术难题。因此,本文依托国家自然科学基金面上项目“超高强度钢板平整与矫直加工过程残余应力控制的基础研究”,对有初始板形缺陷冷轧高强钢板带热处理过程的板形变化规律进行研究,揭示热处理过程板形演变机理,获得热处理过程的板形变化规律,提出高强钢板带热处理过程板形控制策略,为冷轧高强钢板带热处理生产工艺优化提供理论支持。本文的主要内容和研究成果如下。(1)对DP780钢和22MnB5钢进行了等温拉伸实验,建立了一种耦合应变硬化效应和温度软化效应的改进Johnson-Cook本构模型,将该本构模型进行数值实现并基于ABAQUS软件进行了数值模拟,对典型拉伸实验过程进行建模及仿真再现,模拟结果与实验结果吻合较好。(2)建立以上两种高强钢考虑应力影响的相变动力学及相变塑性...  (本文共138页) 本文目录 | 阅读全文>>

太原科技大学
太原科技大学

深冷处理工艺对材料残余应力影响的研究

残余应力会直接影响机械零件的强度、疲劳、尺寸稳定性等性能,从而影响其使用性能和寿命。残余应力是各种应力综合作用的结果,且状态极易受到外界环境因素的影响,因此,研究残余应力的调控技术具有重要意义。针对材料深冷处理过程中是否有相变发生,选取M42高速钢和2024铝合金为研究对象,通过数值模拟辅以试验验证的方法,研究深冷处理对材料残余应力的影响规律,同时得到以残余应力为表征量的工艺优化参数。主要研究内容及结论如下:(1)热处理过程中温度场与应力场耦合关系的数值模拟研究。通过JMat Pro软件模拟材料的相关物性参数,采用有限元分析软件ABAQUS建立(热)弹塑性有限元分析模型,进行淬火和深冷处理过程模拟,得到热处理过程中温度场和应力场的变化规律:深冷处理将淬火后M42高速钢材料表面的拉应力状态调整为压应力状态,同时将材料沿厚度方向分布调整为“倒V”分布;2024铝合金厚板经过固溶及淬火处理后表面残留较大的残余压应力,并在厚度方向上呈现...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东大学
山东大学

轴类锻件热处理工艺的数值模拟与试验验证

热处理是金属热加工过程中的一道重要工序,对提高材料性能有着重要的作用。而热处理过程是一个多场耦合的复杂过程,有很多现象难以用单纯的理论解析或试验来处理。例如在淬火过程中,工件内部温度分布不均匀、相变不同时等会产生不同的组织和应力分布,不仅会影响到零部件的性能,甚至可产生淬火裂纹致使报废。所以对淬火过程的深入理解和准确控制对于提高机械零件的产品质量有着重要意义。计算机技术的进步和热处理相关学科的发展为热处理过程的数值模拟奠定了坚实的基础。本文以传热学和相变动力学为基础,建立了描述轴类锻件淬火过程的数学物理模型,用有限元模拟软件Deform-3D分析了 42CrMo和42CrMo+Ni两种钢淬火过程的温度场、组织转变、应力场、硬度变化,并对两者的热处理过程进行了比较。选择这两种材料的原因是:42CrMo具有比较完整的热处理数据库,作为模拟的验证材料。42CrMo+Ni是在42CrMo钢基础上添加少量Ni以提高淬透性和综合力学性能,用...  (本文共93页) 本文目录 | 阅读全文>>