淬火冷卻技術(shù)發(fā)展概況
發(fā)布時(shí)間： 2012-3-15 15:18:07
淬火冷卻技術(shù)作為熱處理工藝過(guò)程的重要組成部分，自始至終伴隨著熱處理技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。但是，由于冷卻過(guò)程的復(fù)雜性和瞬間完成的特點(diǎn)，加之測(cè)量?jī)x器和研究手段的局限，而使其研究水平和控制水平滯后于熱處理的加熱過(guò)程。近些年來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)、計(jì)算水平、重視程度以及對(duì)淬火質(zhì)量的要求不斷提高，在淬火冷卻過(guò)程機(jī)制研究、過(guò)程模擬、控制冷卻、新型淬火方法、新型淬火介質(zhì)、淬火介質(zhì)評(píng)價(jià)以及冷卻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂等領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展。
淬火冷卻過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)
20世紀(jì)70年代末，ASM組織（淬火冷卻委員會(huì)）已經(jīng)把計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬作為現(xiàn)代熱處理技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，并把它作為保持競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。Kobasko通過(guò)模擬給出了淬火件獲得最大表面壓應(yīng)力的時(shí)間，解決了汽車半軸用40鋼代替40CrNi2Mo鋼強(qiáng)烈淬火獲得最大表面壓應(yīng)力的淬火工藝問(wèn)題。
上海交通大學(xué)在20世紀(jì)90年代中期完成了國(guó)家自然科學(xué)基金資助的“界面條件劇變的淬火冷卻過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬與淬火工藝CAD”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了形狀復(fù)雜的工件在復(fù)雜的淬火操作過(guò)程中，溫度場(chǎng)、相變、應(yīng)力／應(yīng)變的模擬。例如：卡爪淬火冷卻時(shí)溫度場(chǎng)十分復(fù)雜，由于厚薄相差懸殊，溫差很大，淬火時(shí)容易開(kāi)裂，需要采用預(yù)冷--水淬--油冷或預(yù)冷--水淬--自回火等復(fù)雜的操作方法。在相繼進(jìn)行的不同冷卻階段中，表面換熱系數(shù)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，只有采用界面換熱條件劇變的處理方法，才能較好地模擬卡爪的淬火冷卻過(guò)程，才能正確地預(yù)測(cè)淬火后的組織分布和性能分布。試驗(yàn)表明，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)算基本相符，在生產(chǎn)應(yīng)用中收到了避免淬火開(kāi)裂、合格率達(dá)到100%的效果。此外，清華大學(xué)、大連理工大學(xué)等在淬火冷卻過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬方面也都進(jìn)行大量的研究工作。
實(shí)際工件的淬火冷卻是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，涉及到溫度場(chǎng)、相變場(chǎng)、應(yīng)力／應(yīng)變場(chǎng)和流體場(chǎng)的瞬間變化和交互影響。在計(jì)算機(jī)模擬中，要全面考慮溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變、相變的體積效應(yīng)、相變塑性、應(yīng)力對(duì)相變動(dòng)力學(xué)的影響、物性參數(shù)隨溫度的變化、介質(zhì)的動(dòng)態(tài)特性和濕潤(rùn)過(guò)程等多種因素的影響。因此，獲得與實(shí)際情況相吻合的物性參數(shù)和邊界條件是模擬的前提。雖然，與淬火冷卻過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究工作近些年來(lái)發(fā)展很快，但是，模擬工作仍是一個(gè)不斷完善、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測(cè)試與積累和與實(shí)際工件對(duì)比修正的過(guò)程。盡管許多模擬與實(shí)際還存在較大的誤差，但模擬與必要的實(shí)際工件測(cè)試或熱物理過(guò)程模擬相結(jié)合，可成為研究淬火冷卻機(jī)制和制訂工藝參數(shù)的有效決策工其。
本文參考《淬火冷卻技術(shù)及淬火介質(zhì)》一書(shū)。
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