20MnCrS5真空低压渗碳气淬多场耦合模拟分析

作     者：张泽宇 邓小虎 凡园园 王会珍 周乐育 徐跃明 巨东英 ZHANG Zeyu;DENG Xiaohu;FAN Yuanyuan;WANG Huizhen;ZHOU Leyu;XU Yueming;JU Dongying

作者机构：天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222 宁波天安(集团)股份有限公司浙江宁波315700 北京机电研究所有限公司北京100083 埼玉工业大学日本深谷3690293 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第15期

页      面：194-205页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：江苏省产学研合作项目(BY2022834) 天津市研究生科研创新项目(2022SKYZ161) 国家重点研发计划项目(2018YFE0207000) 大学生创新创业训练计划项目(202310066162) 

主　　题：真空渗碳 数值仿真 COSMAP 碳含量 硬度 20MnCrS5齿轮钢 

摘      要：目的采用试验研究、模拟计算和理论分析相结合的手段,对20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理进行研究。方法引入符合真空渗碳强渗、扩散交替进行的扩散边界条件,并修正硬度计算方程,开发真空低压渗碳高压气淬过程仿真模型。分别建立ϕ15mm×100mm圆棒试样二维轴对称和三维实体有限元模型,对20MnCrS5圆棒试样不同工艺参数下真空渗碳过程进行模拟仿真,开展真空渗碳试验与仿真分析化研究。结果二维轴对称模型和三维实体模型计算精度接近,可以代替三维模型,提高计算效率。不同工艺参数真空渗碳过程得到的模拟和试验结果吻合较好,验证了改进模型和方程的可用性,并对不同工艺条件下碳浓度、组织和性能演变规律进行了研究。而后将模型应用到德国FZG(Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau)标准齿轮样件,对其真空渗碳过程进行了模拟,结果可较好地反映齿轮不同位置碳浓度分布的特点,进一步验证了模型的准确性。结论通过本研究,揭示了20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理,并为复杂零部件真空渗碳过程工艺开发提供了新的思路。