钢件喷水淬火冷却过程的有限元建模及温度场预测

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1、太原理L火学硕士研究生学位论文钢件喷水淬火冷却过程的有限元建模及温度场预测摘要淬火过程的计算机模拟可以实现对淬火质量的控制与预测，正在日益受到人们的重视。本文以传热学理论为基础，以淬火钢试件为研究对象，用有限元模拟和试验研究相结合的方法，着重研究了喷水淬火工艺参数与淬火工件温度场、组织场及应力场的关系。首先，为了得到喷水淬火工艺参数与工件冷却速度的相互关系，对45钢圆盘试样分别在自然冷却和喷水冷却过程的温度场进行了实测与有限元模拟。在实验中用热电偶和红外测温仪测得试样在两种条件下的冷却曲线，用反传热法和有限元软

2、件DEFORM进行模拟，通过调整热流密度值，获得热流密度(耶)随表面温度的变化关系；并对所得数据进行拟合，得到热流密度与工件表面温度的函数关系式。该关系式可用来求解热流密度，进而用有限元软件可以预测试样的温度场。其次，通过对喷水淬火过程的传热进行了详细的分析，讨论了整个淬火冷却过程边界条件的确定问题，建立了钢件淬火过程热流密度之间的关系。在已获得的热流密度公式的基础上，以新型钢20CrSi2Mn2Mo车轮的喷水淬火冷却过程为特例，在充分考虑热物性参数和相变潜热等非线性因素，以及淬火车轮温度场、显微组织场和内应力

3、场相互作用的太原理工大学硕士研究生学位论文基础上，进行了有限元模拟计算。模拟计算结果与实测结果吻合较好，验证了数值模拟的正确性，从而为实际生产制定合理的车轮淬火工艺提供了依据。最后，在不同钢件喷水淬火过程试验结果和模拟计算结果的基础上，总结了淬火工艺参数与喷水量、钢件冷却速度以及热流密度之间的关系，并利用最小二乘法对关系式进行了数值求解，实现了对淬火工艺参数的控制。利用该关系式，再结合钢件材料的CCT曲线，用有限元模拟的方法计算试样各点的冷却速度，可以预测试样内各点的显微组织以及内应力的变化情况，为淬火工艺设计

4、和性能预测提供科学依据。本课题的研究将现有的试验结果和理论分析归纳起来，概括到了理论高度，架起了一道直接联系淬火工艺与钢件喷水淬火过程各场量瞬态变化的桥梁，这对于生产工艺的最佳控制和节约能源具有重要意义，有一定的工程应用参考价值。关键词：喷水冷却，热流密度，温度场，有限元，数值模拟太原理：1。火学硕士研究生学位论文FEMMODELOFWATER．SPRINKLEDCOOLINGANDPREDICTIONOFTEMPERAUREFIELDFORSTEELPARTABSTRACTThecomputersimulat

5、ionofquenchingprocesscanrealizethecontrollingandpredictionofquenchingproperties，andhasattractedmoreandmoreattentions．Accordingtothebasictheoryofheattransfer，withtalkingthesteelworkpiecequenchedbyhighpresswatersprinkledcoolingastheresearchobject，thisthesisstu

6、diesparticularlytherelationshipwithquenchingprogressparameterandtemperaturefield，microstmcturefield，andinternalstressfieldbyusingFEMandexperimentexaminationFirst，inordertoobtaintherelationshipbetweenthecoolingparameterandthecoolingrateoftheworkpiece，thetempe

7、raturefieldofa4．5steeldiskismeasuredandsimulatedunderthenaturalcoolingandthewater—sprinkledcooling．ThecurveoftemperatureVStimeismeasuredbythermocoupleandinfraredrayatthetwocoolingconditions．Thesimulationisoperatedbythe111太原理工大学硕士研究生学1_i)=论文inverseheattransfe

8、rmethodandFEMsoftwaretoattaintherelationbetweentheHeatFluxandthetemperatureonthesurfaceoftheworkpieceFunctionsbetweenHeatFluxandtheexternaltemperaturearefoundbyregressingthesesimulateddata，which