淬火冷却技术发展概况

发布时间: 2012-3-15 15:18:07
淬火冷却技术作为热处理工艺过程的重要组成部分,自始至终伴随着热处理技术的发展而不断进步。但是,由于冷却过程的复杂性和瞬间完成的特点,加之测量仪器和研究手段的局限,而使其研究水平和控制水平滞后于热处理的加热过程。近些年来,随着测量技术、计算水平、重视程度以及对淬火质量的要求不断提高,在淬火冷却过程机制研究、过程模拟、控制冷却、新型淬火方法、新型淬火介质、淬火介质评价以及冷却技术标准制订等领域取得了显著的进展。 淬火冷却过程计算机模拟技术 20世纪70年代末,ASM组织(淬火冷却委员会)已经把计算机数值模拟作为现代热处理技术的一个重要组成部分,并把它作为保持竞争力的重要手段。Kobasko通过模拟给出了淬火件获得最大表面压应力的时间,解决了汽车半轴用40钢代替40CrNi2Mo钢强烈淬火获得最大表面压应力的淬火工艺问题。 上海交通大学在20世纪90年代中期完成了国家自然科学基金资助的“界面条件剧变的淬火冷却过程计算机模拟与淬火工艺CAD”项目,实现了形状复杂的工件在复杂的淬火操作过程中,温度场、相变、应力/应变的模拟。例如:卡爪淬火冷却时温度场十分复杂,由于厚薄相差悬殊,温差很大,淬火时容易开裂,需要采用预冷--水淬--油冷或预冷--水淬--自回火等复杂的操作方法。在相继进行的不同冷却阶段中,表面换热系数相差几个数量级,只有采用界面换热条件剧变的处理方法,才能较好地模拟卡爪的淬火冷却过程,才能正确地预测淬火后的组织分布和性能分布。试验表明,模拟结果与实测结算基本相符,在生产应用中收到了避免淬火开裂、合格率达到100%的效果。此外,清华大学、大连理工大学等在淬火冷却过程计算机模拟方面也都进行大量的研究工作。 实际工件的淬火冷却是一个十分复杂的过程,涉及到温度场、相变场、应力/应变场和流体场的瞬间变化和交互影响。在计算机模拟中,要全面考虑温度变化引起的应力和应变、相变的体积效应、相变塑性、应力对相变动力学的影响、物性参数随温度的变化、介质的动态特性和湿润过程等多种因素的影响。因此,获得与实际情况相吻合的物性参数和边界条件是模拟的前提。虽然,与淬火冷却过程计算机模拟相关的基础理论研究工作近些年来发展很快,但是,模拟工作仍是一个不断完善、基础数据的测试与积累和与实际工件对比修正的过程。尽管许多模拟与实际还存在较大的误差,但模拟与必要的实际工件测试或热物理过程模拟相结合,可成为研究淬火冷却机制和制订工艺参数的有效决策工其。 本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书。
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