[發明專利]基于TTT曲線預測軸件感應淬火淬硬層組織和硬度方法

在審

• 申請號: 201710473878.0
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107245557A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 趙正陽;楊柱;張根元;陸其清;田松亞
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: C21D1/55
• 分類號: C21D1/55;G06F17/50
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種基于TTT曲線預測軸件感應淬火淬硬層組織和硬度方法。

背景技術

傳統材料熱處理工藝通過大量試驗研究篩選一種較好處理工藝，成本既高又費時。具有高質量、重復性及適應性強等特征的感應淬火熱處理是熱處理行業中應用最廣和發展最快的表面處理工藝之一，通過有限元分析預測工件感應淬火的淬硬層組織和硬度，確定其最佳工藝參數并指導生產，避免測定工件的淬硬層深度時損壞試驗工件。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于TTT曲線預測軸件感應淬火淬硬層的組織和硬度方法，基于ANSYS有限元平臺來模擬感應淬火過程，結合材料TTT曲線預測軸件感應淬火淬硬層的組織和硬度，減小感應淬火試驗工作量。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種基于TTT曲線預測軸件感應淬火淬硬層組織和硬度方法，按照下列步驟進行：

步驟1)依據感應淬火實際工作環境構建感應淬火有限元實體模型；

步驟2)模型劃分網格單元，定義二維耦合場實體單元PLANE13屬性及材料屬性；

施加熱源載荷、熱對流約束及邊界條件至二維耦合場實體單元PLANE13各節點上，采用直接法對工件進行電磁熱耦合分析獲取電磁熱耦合計算結果；

步驟3)計算軸零件在材料失磁后的升溫速率，由軸件材料連續加熱升溫速率V_Ac1/Ac3與A_c1和A_c3變化曲線計算得到軸件的奧氏體化溫度A_c1和A_c3；

步驟4)由感應淬火的工藝參數計算得到軸件模擬加熱溫度隨徑向分布曲線，由步驟3)中計算所得A_c1和A_c3值確定奧氏體在軸徑向分布上含量范圍；

步驟5)感應加熱結束后對軸件表面施加對流換熱系數載荷，模擬感應淬火冷卻過程溫度場變化；得到軸件徑向淬硬層深度范圍內任一位置的冷卻曲線；

步驟6)查找《鋼的奧氏體轉變曲線—原理、測試與應用》得到上述奧氏體化溫度下對應工件TTT圖，采用數值處理方法處理TTT圖，根據工件材料組織場動力學數學模型編寫感應淬火過程中電磁場、溫度場和組織場的演變程序；

步驟7)將步驟5)中的感應淬火冷卻曲線與步驟6)中的基于TTT曲線程序聯合計算，得到感應淬火后的軸徑向上各處奧氏體轉變組織及其硬度變化；

步驟8)根據步驟4)計算得到軸件感應淬火淬硬層中奧氏體含量分布，結合步驟7)中的計算結果得到軸件感應淬火后的淬硬層組織及硬度；

步驟9)將步驟8)的感應淬火淬硬層的組織及硬度計算結果與最終試驗結果對比分析誤差，給出模擬預測的可行性。

進一步地，所述步驟2)中采用直接法對工件進行電磁熱耦合分析，得到電磁熱耦合計算結果。

進一步地，所述步驟1)中感應淬火有限元實體模型包括材料物性參數、模型網格大小和迭代時間步長；所述迭代時間不長依據經驗值選取。

進一步地，所述步驟4)中奧氏體在軸徑向分布上含量范圍的確定采用線性插值方法。

進一步地，所述驟6)中采用數值處理方法對TTT圖進行擬合處理；根據擴散型和非擴散型相變動力學模型編寫程序描述感應淬火組織場和溫度場的關系，并根據圖中的數據信息擬合處理得到材料一定奧氏體化后各等溫轉變獲取轉變組織與其硬度的關系。

進一步地，所述步驟6)中TTT圖數值化處理采用軟件GetDate進行信息采集；

感應淬火過程中電磁場、溫度場和組織場的演變程序采用MATLAB軟件編寫；

采用Origin軟件對軸件感應淬火軸徑向各處冷卻速度所獲組織與淬硬層硬度的數學關系擬合出相應公式。

進一步地，所述步驟1)中感應淬火實際工作環境包括感應加熱頻率、加熱時間、電流密度、感應線圈內徑及高度。

本發明所達到的有益效果：本方法基于ANSYS有限元平臺，通過模擬計算軸件感應淬火淬硬層的組織和硬度，調節感應工藝參數來滿足工件的技術指標，可在避免損壞工件的情況下進行感應淬火淬硬層的組織硬度預測，也可根據實際工件形狀、尺寸和設備參數改變預測模型，快捷方便預測出軸件感應淬火淬硬層的組織和硬度，且預測結果具有較為準確的優點。

附圖說明

圖1是軸件感應淬火幾何模型示意圖；

圖2是軸件有限元分析網格模型的示意圖；

圖3是軸件表面加熱溫度隨時間變化曲線示意圖；