淬火冷卻技術(shù)發(fā)展概況

發(fā)布時間： 2012-3-15 15:18:07

淬火冷卻技術(shù)作為熱處理工藝過程的重要組成部分，自始至終伴隨著熱處理技術(shù)的發(fā)展而不斷進步。但是，由于冷卻過程的復(fù)雜性和瞬間完成的特點，加之測量儀器和研究手段的局限，而使其研究水平和控制水平滯后于熱處理的加熱過程。近些年來，隨著測量技術(shù)、計算水平、重視程度以及對淬火質(zhì)量的要求不斷提高，在淬火冷卻過程機制研究、過程模擬、控制冷卻、新型淬火方法、新型淬火介質(zhì)、淬火介質(zhì)評價以及冷卻技術(shù)標準制訂等領(lǐng)域取得了顯著的進展。淬火冷卻過程計算機模擬技術(shù) 20世紀70年代末，ASM組織（淬火冷卻委員會）已經(jīng)把計算機數(shù)值模擬作為現(xiàn)代熱處理技術(shù)的一個重要組成部分，并把它作為保持競爭力的重要手段。Kobasko通過模擬給出了淬火件獲得最大表面壓應(yīng)力的時間，解決了汽車半軸用40鋼代替40CrNi2Mo鋼強烈淬火獲得最大表面壓應(yīng)力的淬火工藝問題。上海交通大學(xué)在20世紀90年代中期完成了國家自然科學(xué)基金資助的“界面條件劇變的淬火冷卻過程計算機模擬與淬火工藝CAD”項目，實現(xiàn)了形狀復(fù)雜的工件在復(fù)雜的淬火操作過程中，溫度場、相變、應(yīng)力／應(yīng)變的模擬。例如：卡爪淬火冷卻時溫度場十分復(fù)雜，由于厚薄相差懸殊，溫差很大，淬火時容易開裂，需要采用預(yù)冷--水淬--油冷或預(yù)冷--水淬--自回火等復(fù)雜的操作方法。在相繼進行的不同冷卻階段中，表面換熱系數(shù)相差幾個數(shù)量級，只有采用界面換熱條件劇變的處理方法，才能較好地模擬卡爪的淬火冷卻過程，才能正確地預(yù)測淬火后的組織分布和性能分布。試驗表明，模擬結(jié)果與實測結(jié)算基本相符，在生產(chǎn)應(yīng)用中收到了避免淬火開裂、合格率達到100%的效果。此外，清華大學(xué)、大連理工大學(xué)等在淬火冷卻過程計算機模擬方面也都進行大量的研究工作。實際工件的淬火冷卻是一個十分復(fù)雜的過程，涉及到溫度場、相變場、應(yīng)力／應(yīng)變場和流體場的瞬間變化和交互影響。在計算機模擬中，要全面考慮溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變、相變的體積效應(yīng)、相變塑性、應(yīng)力對相變動力學(xué)的影響、物性參數(shù)隨溫度的變化、介質(zhì)的動態(tài)特性和濕潤過程等多種因素的影響。因此，獲得與實際情況相吻合的物性參數(shù)和邊界條件是模擬的前提。雖然，與淬火冷卻過程計算機模擬相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究工作近些年來發(fā)展很快，但是，模擬工作仍是一個不斷完善、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測試與積累和與實際工件對比修正的過程。盡管許多模擬與實際還存在較大的誤差，但模擬與必要的實際工件測試或熱物理過程模擬相結(jié)合，可成為研究淬火冷卻機制和制訂工藝參數(shù)的有效決策工其。本文參考《淬火冷卻技術(shù)及淬火介質(zhì)》一書。

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