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1、第26卷第6期机 械 工 程 材 料Vol.26No.62002年6月MaterialsforMechanicalEngineeringJun.2002大型支承辊热处理过程的数值模拟叶健松,李勇军,潘健生,胡明娟(上海交通大学国家教育部高温材料与高温测试重点实验室,上海200030)摘 要:为了实现大型支承辊热处理过程的虚拟生产,运用非线性有限元法对大型支承辊在不同介质中淬火的温度场、组织场和应力/应变进行了计算机模拟。结果表明:淬火时间为55min,淬火介质为油或UNCON(25%)时,支承辊不能得到马氏体而硬度降低;以UNCON(15%)或水为淬火介质时,可以得到大量的马氏体,支承辊硬度
2、和淬硬层深也符合要求,但残余应力较大。对以UNCON(15%)或水为淬火介质进一步优化,得出大型支承辊的热处理合适工艺为:从加热炉中出炉后,空冷5～10min,然后淬水15min,再转入300℃的炉中保温30h。关键词:非线性;有限元;工艺优化;淬火介质中图分类号:TG162.6;O241.82文献标识码:A文章编号:100023738(2002)0620012204NumericalSimulationofHeatTreatmentsforaLarge2scaleBearingRollerYEJian2song,LIYong2jun,PANJian2sheng,HUMing2juan(Sh
3、anghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Inordertorealizethevirtualmanufactureofalarge2scalebearingroller,thetemperaturefieldcomposi2tionandstress/strainofthelarge2scalebearingrollerwithdifferentquenchantswereoptimizedusingthenon2li2nearFEM.Theresultsshowthatthehardnessofbearingroller
4、islowerthantherequiredbecausenomartensiteisformedwhenthequenchingtimeis55minandthequenchantistheoilorUNCON(25w%).WhilethebearingrollerisquenchedintoUNCON(15w%)orwater,itcangetalotofmartensite.Atthesametime,thehardnessandquenchinglayerofbearingrollermeetstheneeds,buttheresidualstressislarger.Inaddit
5、ion,thequenchingtimeofUNCON(15w%)andwaterisoptimized.Thebestheattreatmentprocedureoflarge2scalebearingrollerisasfollows:coolinginairfor5～10min,quenchingintowaterfor15min,andputintoannealingfurnaceat300℃holdingfor30h.Keywords:non2linear;finiteelementmethod;techonologyoptimization;quenchant作在前人的基础上建立
6、了加热/淬冷过程的数学模1 引 言型,运用非线性有限元软件MARC(MARCAnalysis随着热处理过程的数学模型和计算方法的不断ResearchCorporation)及一系列子程序,对大型支承进展,淬火过程的计算机模拟日益受到人们的重视,辊热处理过程进行了模拟与工艺优化。[1-4]用以指导实际生产已取得良好效益。2 加热/淬冷过程数学模型大型支承辊热处理过程的组织转变与应力变化比较复杂。单凭经验制订工艺,往往会使其性能不轴对称工件加热与淬冷时的温度场可由Fouri2合格或淬火残余应力过大引起开裂等。如果运用非er方程描述:22线性有限元法进行模拟,就有可能对不同的淬火介λ=5T+5T+
7、5T+Ûq=pc5T(1)2r5r2p5r5z5t质和操作工艺所导致的结果有十分清晰的认识,使式中 Ûq为内热源强度;T为温度;t为时间ρ;为材淬火工艺的制订建立在更可靠的科学基础上。本工料密度;cp为比热容λ;为导热系数。边界条件为收稿日期:2001205208;修订日期:20012062045T基金项目:国家科委“九五”攻关重点项目(962A01202201)-λ=h(T-Tf)(2)5nΓ作者简介:叶健
