[發明專利]基于CCT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: 201710473892.0
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107245552A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 趙正陽;高宇;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: C21D1/10
• 分類號: C21D1/10;C21D9/28;C21D11/00;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CCT曲線預測感應淬火淬硬層組織和硬度的方法。

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淬硬層的組織和硬度，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CCT曲線預測軸件感應淬火淬硬層組織和硬度方法，基于ANSYS有限元平臺來模擬感應淬火過程，結合材料CCT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CCT曲線和ANSYS有限元分析軟件平臺預測軸件感應淬火淬硬層組織和硬度的方法，其特征是，包括如下步驟：

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)將模型劃分網格單元，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，采用直接法對軸件進行電磁熱耦合分析，得到電磁熱耦合計算結果；

步驟3)計算軸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奧氏體化溫度A_c1和A_c3；

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

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，得到軸徑向淬硬層深度范圍內任一位置的冷卻曲線；

步驟6)查找《熱處理技術數據手冊》得到上述奧氏體化溫度下對應工件的CCT圖，采用數值處理方法得到數值化后的CCT圖，并根據圖中的數據信息擬合處理得到材料奧氏體化后的冷卻速度與其硬度的關系；

步驟7)將步驟5)中感應淬火軸徑向各處的冷卻曲線與數值處理的CCT圖結合，根據感應淬火軸徑向各處的冷卻曲線得到CCT圖上相對應的冷卻速度及步驟6)中材料奧氏體化后的冷卻速度與其硬度的關系，計算得到感應淬火淬硬層的軸徑向相應各處的奧氏體淬火后的組織及硬度；

步驟8)根據步驟4)計算得到感應淬火的淬硬層中軸徑向奧氏體含量分布，結合步驟7)中的計算結果得到軸件感應淬火后淬硬層的組織及硬度；

步驟9)將步驟8)感應淬火淬硬層的組織及硬度計算結果與最終實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2)中屬性包括材料物性參數、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，所示的步驟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，所示的步驟6)中采用數值處理方法對CCT圖進行處理時采用軟件GetDate進行信息采集和Origin軟件對軸件徑向各處的冷卻速度所獲取的組織和其硬度的數學關系擬合出相應公式。

進一步地，所示的步驟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，因此本發明通過改變感應淬火工藝參數預測淬硬層簡捷可靠。

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分布曲線示意圖；

圖4是工件材料連續加熱升溫速率與A_c1和A_c3變化曲線示意圖；

圖5是軸件徑向溫度分布及奧氏體含量分布示意圖；

圖6是軸件徑向不同深度的冷卻曲線示意圖；

圖7是880℃溫度奧氏體化的45鋼CCT圖；

圖8是880℃溫度奧氏體化的45鋼CCT圖數值化處理結果的示意圖；