[發(fā)明專利]基于應力控制的本征應變重構(gòu)及淬火殘余應力控制方法

在審

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• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN114990304A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 丁文紅;魯小軒;臧之祺
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發(fā)明公開了一種基于應力控制的本征應變重構(gòu)及淬火殘余應力控制方法，在材料或零件相變過程采用應力干預的方式改變材料相變過程所產(chǎn)生的相變塑性應變，進而改善淬火殘余應力。本發(fā)明能夠降低殘余應力，得到高強韌性的材料或零件。

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬材料的淬火殘余應力控制方法，具體涉及一種基于應力控制的本征應變重構(gòu)及淬火殘余應力控制方法。

背景技術

工程機械是機械行業(yè)的重要組成部分，隨著工程機械的發(fā)展，其鋼材強度等級越來越高，不斷向高強、高韌方向發(fā)展，700、800、1000、1300MPa及以上多個級別的工程機械用鋼不斷推向市場。從材料的強化機理看，為了降低材料成本，保證其焊接性能，多數(shù)工程機械用鋼采用低合金含量成分體系，通過控制軋制、快速冷卻，細化晶粒、控制析出以提高材料的強韌性。在快速冷卻過程中，溫度應力與組織相變交互作用，在材料內(nèi)引入高幅值的殘余應力，使材料制備過程中的平直度問題以及材料使用過程中殘余應力釋放所導致的畸變，成為制約基礎材料發(fā)展的共性瓶頸問題。

但是，在殘余應力研究以及應用領域，現(xiàn)有技術主要集中于殘余應力表征、有限元計算領域，通過控制淬火過程的膜沸騰區(qū)、更換冷卻介質(zhì)等手段改善材料表面與冷卻介質(zhì)間的冷卻均勻性，進而改善淬火殘余應力。由于上述技術，均無法從根本上改變淬火相變過程中材料內(nèi)的不均勻變形，因此，無法真正控制淬火過程相變殘余應力的產(chǎn)生，導致淬火殘余應力始終是制約國內(nèi)、國外材料制造行業(yè)以及機械加工行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提升的關鍵技術瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于應力控制的本征應變重構(gòu)及淬火殘余應力控制方法，能夠降低殘余應力，得到高強韌性的材料或零件。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種基于應力控制的本征應變重構(gòu)及淬火殘余應力控制方法，在材料或零件相變過程采用應力干預的方式改變材料或零件相變過程所產(chǎn)生的相變塑性應變，進而改善淬火殘余應力。

進一步地，根據(jù)材料或零件芯部開始相變的時間點t₁和芯部相變完成的時間點t₂將淬火的連續(xù)冷卻過程劃分為三個階段，在應力形成的第二階段，即表面相變主導階段，對材料或零件進行矯直加工，矯直機的壓入深度為k，矯直后材料或零件芯部產(chǎn)生塑性應變ε_C-Ⅱ，以抵消表面相變所產(chǎn)生的塑性應變式中為第二階段表面相變所產(chǎn)生的相變膨脹應變，為第二階段表面相變所產(chǎn)生的相變塑性應變，減少第二階段的芯部應力σ_C-II，進而減小第三階段，即芯部相變主導階段，的相變塑性應變降低淬火后材料或零件內(nèi)的殘余應力水平。

進一步地，壓入深度k的設定原則為：矯直加工后，材料或零件表面所產(chǎn)生的最大延伸率

進一步地，矯直加工起始點為應力形成的第二階段的起始點t₁，矯直加工終止點為應力形成的第三階段的結(jié)束點t₂。

進一步地，根據(jù)材料或零件的動態(tài)CCT曲線、換熱系數(shù)、導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)以及彈性模量，采用有限元分析計算材料或零件表面開始相變的時間t₁及芯部相變結(jié)束時間t₂。

進一步地，本方法適用于熱軋中厚板、熱軋帶鋼的連續(xù)冷卻過程及淬火過程。

本發(fā)明的有益效果是：