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时间:2019-03-18
《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,500C×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。500C×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
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