球墨铸铁电子束扫描表面淬火温度场仿真与实验验证.pdf

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1、第34卷第9期材料热处理学报Vo1．34No．92013年9月TRANSACT10NSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTSeptember2013球墨铸铁电子束扫描表面淬火温度场仿真与实验验证魏德强，赵运庆，王荣，易云志(桂林电子科技大学教学实践部，广西桂林541004)摘要：根据扫描电子束焊机实际工作状态，运用传热学理论，建立了球墨铸铁表面淬火三维温度场的有限元模型。分析过程中，考虑了材料的热物性参数随温度变化因素、试样表面的热辐射以及材料的相变潜热，对硬化层横截面形貌和尺寸进行了预测与实验验证。结果表明：电子束扫描作用下的温度场呈半卵

2、形，对称面的温度分布等值线呈勺状。增加束流大小和扫描速度都可以改变硬化层的尺寸。经过电子束表面淬火后，形成了淬硬层、过渡层和基体3个区域，与基体硬度相比，淬硬层的显微硬度提高了2—3倍，过渡区也提高了1～2倍。实验结果较好地验证了仿真结果，表明所建立的温度场模型是正确和可靠的。通过该仿真模型，可以掌握电子束表面淬火过程中加热和冷却规律，为电子束表面淬火处理选择合适的工艺参数提供依据。关键词：电子束表面淬火；有限元仿真；温度场；硬化层中图分类号：TG143．5文献标志码：A文章编号：1009．6264(2013)09．0189-06Temperaturefie

3、ldsimulationandexperimentalresearchofelectronbeamsurfacequenchingforductileironWEIDe—qiang，ZHAOYun-qing，WANGRong，YIYun-zhi(PracticeandExperimentStation，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China)Abstract：A3DFEMmodelofthetemperaturefieldforelectronbeamquenchingofducti

4、leironwasestablished，accordingtOtheactualexperimentalconditionofscanningelectronbeamwelder．Inthecourseofanalysis，theheattransfertheorywasapplied．Therelationofthethermalphysicalparameterswithtemperature，thephasetransformationandthermalradiationwereconsidered．Thefeatureofhardenedlaye

5、randthesizeofhardenedzonewascalculatedandexperimented．Theresultsshowthatthetemperaturefieldcausedbyelectronbeamishalfofovalshapedandthetemperaturedistributionofsymmetryplaneisspoon—shaped．Increasingthecurrentandthespeedcanbothenlargethesizeofhardenedlayer．Threedifferentzonesformaft

6、erelectronbeamsurfacequenching，i．e．quenchingzone，transitionzoneandsubstrate．Comparedtothesubstrate，themicrohardnessofquenchedzoneincreasesby2—3timesandthatofthetransitionzoneincreasesbyl—-2times．Theobtainedexperimentalresultsshowagoodagreementwiththesimulationresults．Itindicatestha

7、ttheestablishednumericalmodeliscorrectandreliable．ThemodelprovidesaguideforstudyOiltherulefortheheatingandcoolingofscanningelectronbeamsurfacehardeningofductileiron．Theresultscanbeusedtooptimizetheprocessingparameters．Keywords：electronbeamsurfacequenching；FEMsimulation；temperaturef

8、ield；hardenedlayer．球墨铸铁具有价