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高铬磨锻钢支承辊淬冷过程有限元分析

2019-07-29

高铬磨锻钢支承辊的淬冷过程因其影响因素繁多,边界条件复杂,一直是热处理数值模拟领域的重点与难点。因此对其展开研究,具有重要的理论和实际意义。

    针对上述问题,本文以Cr5锻钢支承辊为研究对象,采用有限元法,重点研究了支承辊最终热处理尤其是喷雾淬火冷却过程中温度场、组织场及应力场的关系。 首先建立了计算支承辊喷雾淬火时温度场、组织场及应力场三场耦合的有限元仿真模型。

在详细分析了支承辊喷雾淬火工艺特点的基础上,确定了模拟步骤、相应的边界条件以及计算温度场、组织场及应力场所需要的参数。 其次采用有限元分析软件DEFORM对Cr5锻钢支承辊的喷雾淬火冷却过程进行了模拟计算。考虑了支承辊从差温加热炉转移至喷雾淬火冷却设备过程中有无保温措施对于淬火冷却结果的影响,得到了淬火结束以后温度场、组织场及应力场的分布规律,详细分析了支承辊特殊位置节点的温度和应力变化曲线、淬火后沿中截面的组织及应力分布,经过对比分析后认为转移过程中不带保温措施更为合理。

    最后根据有限元模拟计算结果,分析了马氏体相变对于淬火瞬时应力的影响,结果显示淬火时的瞬时拉应力峰值更容易出现在近表面,针对该问题提出了工艺改进方案;考虑了连续喷雾淬冷时间对于淬硬层深度、应力峰值及残余奥氏体含量等参数的影响,经过对比分析后认为在现有工艺及设备条件下,将连续喷淬时间减少至40分钟更为合理。