铸钢件淬火过程温度场数值模拟及组织性能预测

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1、分类号学号M201170661学校代码10487密级硕士学位论文铸钢件淬火过程温度场数值模拟及组织性能预测学位申请人：王刚学科专业：材料加工工程指导教师：周建新教授答辩日期：2014年1月万方数据AThesisSubmittedinPartialFullyFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationofTemperatureFieldduringCastingSteelQuenchingProcessandPredictionofMicrostructurean

2、dPerformanceCandidate:WangGangMajor:MaterialsProcessingEngineeringSupervisor:Prof.ZhouJianxinHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

3、完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要铸钢件淬火过程是一个同时有温度变化、组

4、织转变以及应力应变产生的复杂过程。铸钢件淬火工艺是否合适直接决定了铸钢件的性能是否能够满足使用要求。然而通过实验方式来确定铸钢件淬火工艺是否正确合适，需要大量的人力、物力以及时间成本，而且每一次实验都只能针对某一种特定成分、特定工艺条件下的铸钢件淬火过程进行研究。因此，采用计算机数值模拟技术对铸钢件淬火过程的温度变化进行计算，对淬火组织和性能进行快速预测，探讨不同淬火工艺对铸钢件组织和性能的影响以及寻求最为合适的铸钢件淬火工艺方式，对改善铸钢件产品质量具有非常重要的现实意义。本文首先研究了铸钢件淬火过程中的热量传递原理，基于热传导方程，构建了铸钢件淬火过程中的温度场计算模型。

5、计算模型考虑了铸钢件淬火过程中的相变潜热，以及不同冷却介质换热系数和铸钢件材质物性参数随温度变化对铸钢件淬火温度的影响。以梅尼尔-卡西预测模型为基础，提出了一种对铸钢件淬火组织及性能进行预测的方法。并根据温度场求解算法，提出了一种铸钢件淬火冷却过程中700℃的计算方法。基于铸钢件淬火过程中的温度场计算算法及组织和硬度预测方法，开发出了可应用于铸钢件淬火过程的数值模拟及组织性能预测系统。其次，本文针对三维阶梯件实例，系统的分析了淬火冷却过程中铸钢件的热物性参数、淬火冷却介质的换热系数变化对铸钢件淬火过程温度变化及组织性能的影响。重点模拟分析了阶梯件在水、L-AN22全损耗系统用

6、油、10%NaCl水溶液三种冷却介质中的温度场结果以及组织性能预测结果。模拟预测结果基本符合文献中提到的三种冷却介质换热系数变化规律。然后，以实际零件起重机制动轮为算例，分析了水冷、油冷、水淬油冷三种不同工艺下制动轮的瞬态温度场结果及马氏体、贝氏体、珠光体-铁素体和硬度的分布情况。结果表明，采用水淬油冷的工艺不仅可以使制动轮表面获得很高的硬度，提高制动轮的耐磨性能，还可以保证制动轮心部具有较强的韧性，具备一定的抗冲击性。关键词：铸钢件；温度场；淬火；数值模拟；组织；硬度I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractSteelcastingquenchingprocessi

7、sacomplexprocesswhichwithtemperaturechanges,organizationalchangeandstressandstrain,itisanimportantmethodtoimprovetheperformanceofsteelcastingaftermouldingbycasting.Thequenchingprocessdirectlydecidetheperformanceofsteelcastingwhethermeettherequirements.Bu