Cr5锻钢支承辊喷雾淬火过程的数值模拟与工艺优化

作     者：商松 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王葛

授予年度：2012年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：数值模拟技术 相变塑性 锻钢支承辊 喷雾淬火 残余应力 

摘      要：数值模拟技术是淬火过程研究及淬火工艺设计中不可或缺的重要研究手段。由于大型Cr5锻钢支承辊的淬火冷却过程存在复杂的多场耦合现象和复杂的边界条件，其热处理模拟难度较大。对大型Cr5锻钢支承辊的喷雾淬火过程应用数值模拟，不仅可以用于制定和改进其淬火冷却工艺，以达到减少开裂和变形，控制和保证淬火质量等目的，而且可以提高其使用性能，具有重要的理论和实际意义。 本文利用相变塑性参数的实验预测结果，和根据多轴应力流动法则建立的相变塑性理论模型，同时考虑相变潜热、变物性参数等，建立了大型Cr5锻钢支承辊淬火冷却过程温度场、组织场及应力场相互耦合的数学模型，并利用有限元软件HYPERMESH对其几何模型进行了精度较高的四边形六面体网格的划分，进而利用非线性有限元软件DEFORM对其连续喷雾淬火工艺进行了数值模拟，给出了喷雾淬火过程中该支承辊中截面特征节点的温度与瞬时应力的变化规律和分布特点，并给出了中截面特征节点的组织转变特点。 本文接着又针对模拟结果中出现的中截面温度梯度过大、淬火后心部温度过高和淬火残余应力较大等淬火工艺的不足，提出了“喷雾喷风冷却工艺和“喷雾喷风交替冷却工艺两种改进方案，并通过数值模拟研究了两种改进工艺的雾冷和风冷时间参数。最后通过对该Cr5锻钢支承辊的辊身表面与心部温度、表面淬硬性、淬硬层深度、淬火残余应力等场量参数进行分析，发现两种改进工艺都能有效地降低该Cr5锻钢支承辊的淬火残余应力和辊身中截面温度梯度。论文的研究成果对Cr5锻钢支承辊的喷雾淬火冷却工艺制定和工艺改进具有一定的指导意义。