30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟

《30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟SIMULATIONONNITRIDING-LASERHARDENINGDUPLEXMODIFIEDPROCESSOF30CRMNSISTEEL卢竞哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG156.82学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟硕士研究生：卢竞导师：闫牧夫教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TG156.82U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONONNITRIDING-LASERHARDENINGDUPLEXMODIFIEDPROCESSOF30CRMNSISTEELCandidate：JingLuSupervisor：Prof.MuFuYanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation

3、：SchoolofMaterialsandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文对30CrMnSi钢渗氮-激光淬火复合改性过程进行了数值模拟与实验验证。采用Matlab，Thermo-calc和Abaqus软件分别对渗氮层内氮浓度分布，Fe-C-N三元相图，激光淬火温度场进行了模拟计算，进而获得了不同复合工艺的改性层硬化层深度、相分布和硬度分布。采用O

4、M、XRD、SEM和EDS等手段对复合改性层的显微组织，相结构和渗入元素分别进行了分析，并对复合改性层的显微硬度分布、残余应力进行了表征。复合改性层的硬化深度模拟结果表明，500C×16h的渗氮试样经扫描速率为15mm/s的激光改性后硬化深度模拟值最深，达到553μm；相分布模拟结果表明，随渗氮时间延长，复合改性层中的马氏体分布深度有所提高，其分布范围有明显扩大；硬度分布模拟结果表明，复合改性层的硬度分布由表及里可分为渗氮-激光淬火综合影响区（HV740）、激光淬火热影响区（HV552）和基体（HV296）三部分，渗氮时间的延长

5、有利于扩大改性层高硬度区域。组织观察表明，复合改性层由表及里可分为四个区域：残余奥氏体富集区、渗氮-激光淬火复合影响区、激光淬火热影响区和基体。与原始渗氮层相比，激光淬火后改性层厚度显著增加。由XRD结果指出，激光淬火后渗氮层有残余奥氏体生成，表层相结构主要包括γ′-Fe4N、ε-Fe2-3N、AR和α′相；在激光扫描速率较小时，改性层出现Fe3O4。在扫描速率为30mm/s时，复合改性层中出现了ε相向γ′-Fe4N相的转变。EDS分析表明，激光淬火后，最表层内的N含量明显降低。显微硬度测试表明，复合改性层近表层硬度略有降低，改性

6、层内部硬度较高，硬度值可达HV0.1750以上。500C×16h的渗氮试样经过扫描速率为15mm/s的激光改性后硬度曲线最佳，改性层中的最高硬度可达HV0.1770，硬化深度达540μm。改性层硬度分布的模拟值与实验值基本吻合，N元素的掺杂导致30CrMnSi钢奥氏体转变温度降低是渗氮-激光淬火复合改性层硬化区域扩大的主要原因。残余应力测试结果表明，30CrMnSi钢渗氮后表面残余应力最大，为?N=-749±20.18MPa；渗氮试样经激光淬火后表面残余压应力略有降低，为?N-L=-596.5±23.00MPa；激光淬火试样表面

7、残余压应力最小，为?L=-160±14.49MPa。关键词：30CrMnSi钢；渗氮-激光复合改性；数值模拟；组织结构；力学性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractApredictivemodelforlaserhardeningofnitrided30CrMnSisteelhasbeendevelopedandexperimentallyverified.Theprocessissimulatedbytrapping-detrappingmodelandnitrogencontentinnitridedlayer

8、isobtained.Theinfluenceofnitrogenoneutectoidtemperatureinnitidedlayerisdiscussedandthelatteriscalculatedsequentially.Thetemp