中高碳低合金钢磨球淬火质量效应的研究

摘要

本文对磨球在球坐标系下的传热方程进行了有限差分，结合磨球淬火过程的边界条件，采用能量守恒原理和有限容积法对边界条件列出了差分格式。在此基础上，利用Matlab软件对磨球水中淬火冷却过程温度场进行了编程计算，并进行了直径为120mm的60Mn磨球水中淬火后表面返升温度测定的试验，证实了隐式差分计算方法和各种热物性参数选择方法的合理性。在此基础上对不同直径B2、60Mn磨球的淬火过程温度场变化以及平均冷却速度进行了计算，对其淬火质量效应进行研究。对不同直径的B2磨球进行了水淬试验，将B2磨球试验结果与计算结果进行了对比分析。对60Mn和B2磨球淬火质量效应影响因素进行了研究，进一步地，对大直径中高碳低合金钢磨球淬火质量效应进行了分析和讨论，对典型的中高碳低合金钢磨球用钢（B6）140mm磨球进行了试验研究。
　　结果表明，不同直径中高碳低合金钢磨球水中淬火冷却规律均呈现自表面10mm厚度范围内，冷却速度很高，并随深度的增加冷却速度急剧降低，深度大于10mm后，冷却速度的下降速度有所减缓，随着深度不断增加，冷却速度将达到一稳定数值，该稳定数值随磨球直径的增大而减小，所对应的磨球深度随磨球直径的增大而增大。60Mn和B2磨球的淬火质量效应变化规律类似，磨球存在一全马氏体临界直径DL，磨球直径D小于DL，淬火质量效应系数qe=0，且DLB2>DL60Mn；直径大于DL，qe迅速增大并随着直径D的增大qe增大速率降低；当磨球直径大于DLB2时，qe60Mn>qeB2。不同直径B2磨球水淬试验结果与计算结果符合较好。
　　对于60Mn磨球，磨球淬火温度对磨球内部的冷却速度的稳定值有一定影响，该稳定值随着淬火温度的升高而提高，因而马氏体临界直径DL有所增大，但增大幅度不大，当磨球直径D处于此变化范围时，淬火温度对磨球淬火质量效应系数qe影响显著；当D远大于DL时，不同淬火温度对qe影响很小。淬火介质分别为油和水时，B2磨球水中马氏体临界直径DLw大于油中马氏体临界直径DLo，当磨球直径D大于DLw时，油中淬火质量效应系数qeo大于水中淬火质量效应系数qew。
　　对于直径90mm以上中高碳低合金钢磨球，直径一定时，存在一个冷却速度临界值VL，此临界值随磨球直径的增大而减小。当材质所决定的马氏体转变临界冷却速度低于此临界值VL时，淬火质量效应系数qe=0，高于此临界值时，qe迅速增大。对于直径为140mm的B6磨球，淬火试验结果与计算结果符合较好。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 磨球概况

1.2 磨球性能要求

1.3 磨球热处理工艺

1.4 磨球淬火质量效应研究现状

1.5 淬火模拟技术领域的研究现状

1.6 本课题主要研究内容和思路

1.7 课题研究意义

1.8 本课题创新成果

第二章 磨球淬火过程中温度场的数值计算的基本理论

2.1 温度场

2.2 固体传热方程

2.3 定解条件

2.4 温度场计算中非线性问题的解决方法

2.5 表面换热系数

2.6 材料热物性参数

2.7 本章小结

第三章 磨球温度场数值计算的原理

3.1 连续性偏微分方程的有限差分

3.2 磨球淬火计算的数学模型

3.3 磨球淬火传热方程的隐式有限差分格式

3.4 磨球淬火温度场求解

3.5 本章小结

第四章 相关计算参数的确定及对计算结果验证

4.1 磨球材料选择

4.2 热物性参数的确定

4.3 计算程序的编制

4.4 换热系数的确定

4.5 温度场计算结果的验证

4.6 本章小结

第五章 基于磨球温度场计算的淬火质量效应的研究

5.1 磨球淬火温度场的计算

5.2 磨球淬火质量效应的定义

5.3 不同直径B2磨球淬火试验结果分析

5.4 不同淬火温度下的淬火质量效应

5.5 不同淬火介质下的淬火质量效应

5.6 本章小结

第六章 中高碳低合金钢磨球淬火质量效应的研究

6.1 中高碳低合金磨球的淬火质量效应

6.2 中高碳低合金钢磨球淬火质量效应的应用

6.3 本章小结

结论

参考文献

致谢