不同淬火条件下磨球温度场计算和淬硬特征的预测

摘要

本文利用传热方程，对磨球和端淬试样分别在球坐标系和圆柱坐标系下对传热方程进行了有限差分，结合磨球和端淬试样淬火过程的边界条件，采用能量守恒原理和有限容积法列出了差分格式。在此基础上，利用Matlab软件，对磨球和端淬试样淬火过程的温度场变化计算的程序进行了编制，对磨球直径、淬火温度对淬火过程温度场的影响进行了计算，同时计算了磨球短时间淬火后出水空冷工艺下的淬火过程的温度场，完成了端淬试验过程中端淬试样的温度场计算。在材质和奥氏体化温度相同的前提下，根据相同冷却速度淬火硬度相同的规律，建立了依据端淬试验预测磨球硬度分布的关系；根据磨球平均冷却速度的计算，预测了磨球淬硬层的厚度并进行了试验验证。
　　结果分析表明，对磨球水中淬火不同时间出水返升温度的试验测定，证实了磨球淬火过程温度场计算的正确性，端淬试验的计算结果与文献中给出的700℃瞬时冷却速度数据相一致，证实了计算方法和各种参数的选择符合实际。淬火温度对磨球表层冷却速度的影响较小，随淬火温度的提高，磨球内部的冷却速度提高。提高淬火烈度可使磨球表层的冷却速度提高，但对磨球内部冷却速度的影响很小。磨球直径对磨球冷却速度分布有显著的影响，随磨球直径的增大，磨球内部的冷却速度显著降低。可以根据磨球冷却速度分布和材质马氏体转变临界冷却速度的计算，预测淬硬层厚度，并与试验结果吻合较好。对磨球水中短时淬火并出水空冷工艺，可以计算出磨球出水后的返升温度，使磨球在马氏体转变温度范围的冷却速度减缓，降低开裂倾向。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 计算机数值模拟技术

1.3 国内外淬火模拟领域的研究现状

1.3本课题研究的内容

1.4本课题的研究意义

1.5 本课题创新成果

第二章 磨球的淬火工艺

2.1 淬火理论

2.2钢的淬透性和淬硬性概念

2.3理想冷却曲线

2.4磨球淬冷的三个阶段

2.5 淬火冷却介质

2.5淬火烈度

2.6 本章小结

第三章 磨球及端淬试样温度场的数学模型

3.1 固体传热方程的引入

3.2磨球淬火温度计算的数学模型

3.3 端淬工件的温度计算的数学模型

3.4定解条件

第四章 磨球传热方程的有限差分法求解

4.1 有限差分法理论基础

4.2 磨球淬火温度场有限差分格式

4.3 端淬试样的热传导方程的差分格式

第五章 实验过程及磨球淬火过程温度场计算结果分析

5.1 试验方法及材料制备

5.2 温度场计算结果验证试验

5.3 计算结果的验证

5.4 计算结果与实测数据对比

5.5 磨球温度场计算结果及分析

5.4 端淬温度场的计算结果及分析

5.5 利用端淬试验对磨球硬度分布的预测

第六章 磨球实际淬火工艺模拟和淬硬深度的预测

6.1 磨球实际热处理工艺模拟

6.2 磨球淬硬深度的预测及试验验证

第七章 结论

参考文献

攻读硕士期间所取得的相关科研成果

致谢