淬火过程初应变项对淬火残余应力的影响

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1、第!"卷第#期塑性工程学报89:;!"!,9;#$%%&年’月()*+,-.)/0.-12343256,73,66+3,7-<=;!$%%&淬火过程初应变项对淬火残余应力的影响"!山东大学材料科学与工程学院"济南!$>%%&!#!李辉平!赵国群!栾贻国!牛山廷摘!要!淬火过程是温度!组织和应力应变"方面交互作用的复杂过程"文章考虑了淬火过程中各项热物性参数!力学性能参数等随温度的变化情况#建立了温度!组织和应力的耦合分析结构图#自行开发了淬火过程有限元模拟软件#选择平面问题为研究对象#建立相应的有限元分析模型#分析和讨论了由温度引起的初应变!相变引起的初应变及相变塑性对

2、淬火残余应力的影响"根据有限元分析的结果#得到了淬火过程各项初应变对淬火残余应力的影响规律"关键词!淬火$残余应力$初应变$有限元模拟中图分类号!2[!$>$27!>&!!!文献标识码!-!!文章编号!!%%?@$%!$%$%%&&%#@%%A%@%&(A)环等零件的淬火过程$.D和7NCLKQD利用XE@2软件#模拟了轴对称零件的气体淬火过程#!前!言P9NB通过优化方法得到合理的工艺参数"目前#多数研淬火作为改善材料性能的重要手段#在制造业究是在已有的有限元软件上进行二次开发#多数热领域被广泛地应用"在淬火过程中#由于零件内部物性参数没有办法加入程序#只能以常数来

3、替代#温度不均匀#组织转变不均匀以及相变塑性的存在#造成一定的误差$这些研究并没有分析和讨论各项(!#$)使淬火零件产生残余应力和变形"残余应力和初应变对于淬火残余应力的影响"变形影响零件的使用寿命#甚至导致零件产生裂纹"本文考虑了各项热物性参数随温度的变化#建淬火变形和残余应力长期以来一直困扰着工艺技术立了温度!组织和应力的耦合分析结构图#自行开人员#是阻碍机械制造和工模具制造进步的难题之发了的淬火过程有限元模拟软件#选择平面问题为一"淬火过程中的瞬时应力和残余应力一直是热处研究对象#建立相应的有限元分析模型#分别分析理科研工作者极为关注的问题#是热处理领域在世和讨论

4、了由温度引起的初应变!相变引起的初应变界范围内的研究热点和最新方向#了解淬火过程中及相变塑性对淬火残余应力的影响"残余应力的产生原因!变化趋势及各项因素对于残余应力的影响#可指导技术人员确定合理的淬火工!!应力场的刚度方程("##)艺#提高零件的淬火质量"国内外许多学者对淬火过程模拟进行了研究"在淬火中#最大变形量约在$#"c左右#属于(>)小变形范围"变分后得到的刚度方程为XELDH模拟了/!"e&>BB的‘4’%钢冷却过程中(&)内应力的演变趋势$[

5、数及潜刚度矩阵’(?#’)0&热的影响$潘健生用MCNI软件模拟了卡爪!锚?!;$+++.#=>.KPKCKD!=右端载荷向量’"国家杰出青年科学基金项目%>%#$>>!?&$教育部跨世0&1!纪优秀人才基金项目%%!%"%"$A&"*!!+;$+++.?#=>%,#=*"+K?<李辉平!6@BCD:’:DQ1!,#=*"+K大学模具工程技术研究中心#主要研究方向是热处理过程$,,,E&KPKCKDE;!E数值模拟技术等0&*!+;?收稿日期万方数据’$%%&@%!@%#$修

6、订日期’$%%&@%"@%$$$+++.#=>%*’+K??作用的复杂过程(为了提高模拟精度(必须要对三$!(EK?"K,E"KPKCKDE;!+?%者耦合求解(但是如果对三者之间进行完全耦合(0&>并迭代至收敛(这将需要大量的计算时间(而且容#!$;?%"+#"S$!!1"$+++.#=>!$!E;$易产生迭代不收敛现象)考虑了计算精度及计算时=,E"K,E&"KPKCKD间(建立的耦合分析模型结构图!如图$所示")0&#!$;.?"#=#"$,!K?<#$+++$"5!,?!=>,!$K,E"KPKC

7、KDE;!,,E式中!#=>’’’弹塑性刚度矩阵#=’’’弹性刚度矩阵.’’’几何矩阵0&’’’单元数目#’$’’’由温度引起的膨胀系数向量(E’’’由相变引起的膨胀系数向量+’’’相变塑性系数,E’’’相变的体积分数"’’’应力?’’’淬火零件的温度图$!温度+相变和应力耦合分析的结构图/D=;$!49