目的通過數(shù)值模擬,研究電源頻率、電流密度、鋼板移動速度對感應淬火過程中鋼板溫度場的影響規(guī)律,為實際應用中的參數(shù)選取提供參考。方法利用ANSYSAPDL語言建立鋼板連續(xù)移動感應淬火過程的有限元計算模型,對不同工藝參數(shù)下的鋼板溫度場進行數(shù)值模擬。以優(yōu)化后的工藝參數(shù)對20mm厚的40Cr鋼板進行感應淬火實驗,利用熱電偶對鋼板關(guān)鍵點溫度進行測量,通過金相顯微鏡和顯微硬度計對淬火后的鋼板進行微觀組織和硬度分析。結(jié)果鋼板關(guān)鍵點溫度計算結(jié)果與測量結(jié)果的最大誤差率約為4%,表明該模型具有較高的計算精度。不同工藝參數(shù)下鋼板溫度場的分析結(jié)果表明:電源頻率越高,電流密度越大,則加熱速度越快,且隨著電源頻率的升高,高溫區(qū)深度先增大后減小;而電流密度越大,鋼板移動速度越慢,則高溫區(qū)深度越大。鋼板淬火后,其厚度方向上的微觀組織基本上分為三個區(qū):相變硬化區(qū)、熱影響過渡區(qū)和未相變區(qū)。相變硬化區(qū)組織為細小的針狀馬氏體,最高硬度達700HV,淬硬層深度約6 mm;熱影響過渡區(qū)中馬氏體逐漸減少;未相變區(qū)仍保持原始珠光體和鐵素體組織。結(jié)論模擬計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合,可用來指導實際應用中的參數(shù)選取。

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【部分圖文】：

圖1實驗裝置示意圖

感應淬火作為一項傳統(tǒng)技術(shù)，早在19世紀30年代就開始應用于曲軸頸的表面淬火，雖然傳統(tǒng)的感應淬火技術(shù)在處理曲軸、齒輪、軸承等零部件上取得了良好的效果[1-4]，但在處理材料上，尤其是在處理鋼板上的研究和應用還很少。國外曾做過1mm厚AISI8620薄鋼帶的感應淬火實驗，淬火處理后....

圖2電磁-熱耦合計算流程

感應淬火過程涉及到兩個物理場，即電磁場和溫度場。交變電磁場使鋼板中產(chǎn)生渦流，渦流所產(chǎn)生的焦耳熱會影響溫度場，而鋼板磁導率、電阻率等材料參數(shù)受溫度影響很大，進而影響電磁場，因此感應淬火過程中，電磁場和溫度場之間相互影響、相互耦合。ANSYS電磁-熱耦合問題一般采用物理環(huán)境法進行求解....

圖3連續(xù)移動感應淬火動態(tài)加載示意圖

利用ANSYS模擬連續(xù)移動感應淬火的一個關(guān)鍵問題在于，如何處理工件的運動。采用線圈單元網(wǎng)格隨時間移動代替工件連續(xù)移動，利用APDL語言實現(xiàn)感應加熱和噴水冷卻的動態(tài)加載，如圖3所示。建立有限元模型時，將線圈經(jīng)過的路徑全部賦予線圈的單元類型和材料參數(shù)，并將該路徑進行網(wǎng)格劃分。施加電流....

圖4鋼板在不同時刻的溫度分布

圖4為鋼板在不同時刻（電源頻率6kHz，電流密度4×106A/m2，鋼板移動速度2mm/s）的溫度分布云圖。由于感應加熱存在集膚效應，高溫區(qū)（超過40Cr鋼Ac3溫度的區(qū)域）集中在鋼板表層一定深度內(nèi)；又由于連續(xù)移動感應淬火過程中，鋼板加熱后立即進行噴水冷卻，高溫區(qū)只集中在....

本文編號：3937473