深冷处理温度场和组织场的有限元模拟与实验验证外文翻译资料

 2022-09-06 14:47:53

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

深冷处理温度场和组织场的有限元模拟与实验验证

摘要：结合低温材料参数以及液氮浴沸腾换热系数，基于金属一热一力耦合理论建立深冷处理数值分析模型，再现新型冷作模具钢Cr8Mo2SiV(SDC99)的深冷处理过程。同时，通过设计深冷处理温度快速测量装置验证模拟结果的准确性。结果表明，深冷处理过程中试样心表温差和冷却速度的差异较大。这种温度和冷却速度的剧烈变化。主要集中于从试件表面至心部的1／3厚度内。经过深冷处理后，试样内残余奥氏体将继续向马氏体转变，其最终体积分数减小为2．3％。模拟结果与实验结果非常吻合，这表明采用的数值分析方法能准确地捕捉试件在深冷处理过程中温度场和组织场的变化规律，能为深冷处理工艺的合理制定提供理论依据和借鉴。

关键词：深冷处理；沸腾换热系数；有限元；相变；冷作模具钢

  1. 引言

深冷处理FDCT是一种添加剂冷加工热处理工艺工具钢，通常涉及到液氮冷却温度around-196。C [ 1 ]。此技术已证明在提高ph3rsical和是有效的如各种材料的机械性能磨损，磨损，侵蚀防腐蚀、耐久性稳定。然而，DCT是一个复杂的过程涉及热，冶金和机械现象。它仍然是一个可能原位研究所有这些paysical现象正确与电喷化与现有实验测试系统。

最近，数学模型描述温度场之间的耦合作用微观结构场与应力-应力-应变场淬火是建立提供一个理论指导热处理。除了数学仿真模型是物质的两个非常重要的特性必须得到低温材料性能，由于试验条件的限制，有严重缺乏低温物理和材料的力学性能和现有的也缺乏足够的精度来满足模拟要求，沸腾传热系数试样表面和液体之间氮。这是非常精确测量通过实验的方法传热系数沸腾。由于这些因素的数值模拟的DCT算法尚未得到广泛的重视。所以的现有的研究仍然有限，估计受体6-81DCT和忽视过程中的温度场演化相变及其潜热效应。

这项工作的主要目的是重现DCT过程考虑相变及其利用有限元法的潜热效应。并探讨了温度和微观结构在液浸标本的分布规律氮为约翰逊-梅尔的Avrami理论指导（JMA）是应用动力学模型使更有效、合理的DCT评价铁氧体的体积分数（F）、珠光体（P）

2.数学公式的时间

2.1透析液温度分布

根据傅立叶定律，瞬态热随着相位潜热传导变换在DCT可以写成某个公式，其中磷、碳和密度，比热容，作为一个给定的材料的热传导率，温度的作用分别是时间和时间，由于相变的潜热，在时间t=0s的初始条件可以表示作为：tif_0 = R0，Y，Z）（2）类型条件，可以描述为：（tb-te）（3）表面的外正常边界；TE是边界与环境温度，分别；H为热tradsfer系数cient.which将可获得的所有empiricalformulamethodinthis研究将在下面的章节中讨论细节。在这study.n1e相变潜热作为内热源，这是一个相位变换率和温度的函数：在1和是次（n 1）和n模拟步骤；和相变体积分数对应1和，分别是；△相位变换量联合国的时间和△奥氏体的焓分数转型，这是总结在表1.

2.2决心组织分布

相位转换以及冷却过程中发生的在淬火过程中，可以分为diffusion.controlled和non.diffusion-controlled的。为扩散控制阶段的转型，其中B是材料的动力学参数；和T2是在一定温度下等温时间，是体积分数的相变根据T1和T2，respectively.all参数这个计算依赖于TTT图了从开始的体积分数1%和最终体积在对数函数的TTT曲线分数99%跨；形成时间是温度的函数。应力和碳含量。对于非..扩散控制阶段相变，马氏体相变计算作为温度的函数使用通过in0ue等人fl21修改规则：V3和V4正系数可以达到通过计算TTT曲线。在马氏体转换的开始温度（^磊）下渗条件和给出了2可以确定。如果为马氏体的温度仃转变开始FMS）和99%的马氏体在0和0.99个分别提供，1，可以鉴定。2-3决心应力、应变场应力和应变的预测是基于塑性流动应力的各向同性热wimin O.弹塑性材料的个体相行为奥氏体（一）铁素体（铁素体），珠光体，贝氏体马氏体调频）产生的塑性变形在热处理过程中是如此的小垫以下的流动应力模型是足够准确的（9）流动应力在何处，即为产量强度和应变硬化模量，温度和碳含量的函数；是有效的塑性应变，TC）与应变率假定为单个应变率的总和不同的物源。

3沸腾传热模型

沸腾传热系数系数之间的试样表面和液氮是一个关键，DCT参数分析，近年来，许多方法如经验公式法、集总热容方法，固定热通量法和逆热传导方法，已被广泛采用，获得沸腾换热系数高，特别的经验公式法已成为一种比较常见的方法，由于它的简单性。经典沸腾理论，沸腾曲线可以分为四个阶段：自然沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾。对于自然对流换热，它可以通过描述：哪里是温度差别的试样表面和饱和液体氮，即在恒定压力下的比热容量饱和液体的汽化潜热氮，分别prln和GRB是普朗特数andgrashofnumber。对沸腾传热，可确定基于Rohsenow的方程即在其中液氮张力，分别为密度氮；克和气相是重力加速度重力加速度与微重力的比值加速度。为过渡沸腾传热，到目前为止没有公认的经验公式这项研究，一般线性多项式插值用于计算传热系数高。同时，测试结果的有效性插值格式。对于稳定的薄膜沸腾传热，当蒸汽膜是在层流状态通过该描述的层流膜其中Nu是努塞尔数；JA和PR雅各伯在不断的压力和prandt1数数氮。根据的沸腾实验的结果当不同类型的金属浸入液体中时氮的临界热通量，会发生不同的变化。

4实验

4.1试样

新的冷作模具钢cr8mo2si V（sdc99）用于制备样品本次调查。给出了

化学成分表2。试样的长度为60毫米，60毫米的宽度和100毫米的厚度。为了获得热历史在DCT，四5毫米—直径孔的设计在不同位置的试样安装护套PT100热电偶，如图2。DCT变换后的内容保留，用X射线测量奥氏体和马氏体衍射仪X射线源。这个残余奥氏体和马氏体的体积分数之前和之后的DCT系数分别约为20.3%和79.7%，2.8%和97.2%，冷作模具钢的化学成分见表。

图2试样的几何形状和温度测量

4.2低温材料性能

低温热的测量电导率和比热容量进行物理性质测量系统，弹性模量用弹性的自由共振法测量弹性模量和内耗仪（如系列，日本技术加有限公司，日本）。低温导热系数和比热容冷作模具钢sdc99以及弹性模量在图3中给出了温度的函数。图3低温材料性能的sdc99：（一）热传导率；（二）比热容；（三）弹性模量。

4.3时间温度转变（TTT）图

为了确定动力学参数相变动力学模型，它是非常重要的正确掌握sdc99热膨胀性能连续冷却的时间minus;温度minus;期间转变（TTT）图。膨胀计（DIL—805L，BAuml;HR thermoanalyse公司，德国）是用于检测转化菌株连续冷却过程中的奥氏体分解

条件。采用膨胀法结合平衡凝固行为的计算

4.4深冷处理（DCT）

图5示出了示意图本研究采用DCT变换过程。实验装置用于温度历史测试中DCT包括dc99标本、液氮、热电偶（Pt100），多通道数据记录仪（gl820，garphtec有限公司，日本），杜瓦和支撑架。在DCT的sdc99试样的温度数据进行自动通过多通道数据记录仪采集的方法DCT变换后的1秒的间隔，标本放在空气中图5 DCT变换过程室温恢复。测量重复三次的准确性和平均数据提出了一些有效的方法。。

5数值计算方法

几何形状和三维有限元模型试样制备的DCT仿真说明图6。节点和元的总数是70434和14143，分别。此外，进一步讨论温度和微观结构变化规律在下面的部分中DCT的标本，两中央的横截面，即水平（HH）和垂直（V中央层面作为研对象，如图6所示。在DCT的试样被认为是奥氏体的混合相和马氏体。最初，试样被假定为具有20°C（室温）的均匀温度并由20%个均相残余奥氏体组成和80%马氏体。总的模拟时间被设置为1500秒，每一步的时间增量是0.001秒的非线性对流。试样表面。沸腾换热系数作为试样表面温度的函数从经验数学模型的求解在3节中提到。热边界旁条件，速度边界条件适用表面的顶点，在那里，x轴方向被固定。

6结果与讨论

6.1温度分布在离散余弦变换

图7说明了测量和计算冷却曲线和冷却速度曲线的sdc99在不同温度测量位置的试样。通过比较仿真结果和实验结果结果，它可以清楚地推断，无论是在

温度和冷却速度的趋势和幅度，预结果显示出良好的协议实验测量。对应于沸腾换热特性样浸入的转移系数曲线液氮浴，冷却曲线显示四不同沸腾换热阶段。1）初CT变换、标本首先进行稳定的膜沸腾阶段，如试样被一个连续的膜的氮，保持与液氮接触。这个氮气的保温效果降低了热的速度传热和传热系数。在这个阶段，两者测量和计算的冷却曲线显示几乎呈线性下降趋势。冷却速度相对较低的0.35°C左右，持续时间较长。传递系数是之间的分界线过渡沸腾。由于突然增加在沸腾换热系数，如图所示1、急性温度和冷却速度变化发生在这个阶段，最大的冷却速度是大约1.3°C，同时，一个转折温度从过渡沸腾阶段到沸腾的舞台上可以看到冷却曲线，以及对应于这一点的温度和时间93是minus;°C和370，分别。3）最后试样经历的自然对流阶段，作为注意到试样表面温度低于沸腾点和试样之间的热传递液体氮在缓慢而温和的的方式。冷却速度很小，最终趋于零。通过比较和分析测量计算出的冷却曲线图。可以发现，在不同的冷却行为点的固化试样显示类似的趋势仿真结果与实验结果相吻合实验结果。偏差主要存在于过渡沸腾阶段，归因于相变沸腾传热线性多项式得到的系数插值。然而，应该指出的是这些偏差是次要的，可以接受的。为了进一步探索温度场分布与动态演化规律试样在DCT，如冷却速度和表面和核心之间的温度标本，水平（HH）和垂直（VV）

sdc99试样的中心平面的选择进行系统回顾。图8给出了冷却率曲线上不同位置的sdc99标本在DCT的H-H和V-V中心平面。对于H-H中心平面，如图8（a），冷却试样的中心率达到最大值当试样浸入液体中时，1.27°氮气为410秒，而最大的冷却速率试样表面为4.87°C / s试样表面与试样的冷却速度为高达283%。对于V-V中心平面，作为绘制图8（乙），在试样被浸在液体中376秒的氮气，试样表面的冷却速度图8 sdc99试样冷却速率曲线在DCT：（一）水平中心平面；（二）垂直中心平面达到最大值为4.87°/秒表面与铁芯冷却速度差标本约400%。图9显示了对sdc99变温差曲线试样在H-H和V-V中心平面中DCT。为建中心平面，最大表面和核心之间的温度差试样约为405°后冷却49秒。同时，对于V-V中心平面，最大温度差是67°C左右的冷却87年代以上的调查与分析建议在温度和冷却的差异表面和芯之间sdc99标本率非常重要。然而，值得注意的是在DCT急性温度和冷却速率的变化主要集中在试样表面区域约3 / 1的样品厚度，而这些变化以缓慢和温柔的方式进行的核心标本区。含时相体积预测结果在不同位置上的分数sdc99标本在DCT H-H和V-V中心平面的说明在图10。根据图10，对于H-H和V-V中心平面，残余奥氏体在淬火试样将继续转变为马氏体

DCT。在DCT的保留量奥氏体可以显著降低，最终体积分数约为2.3%，而内容

马氏体从85%增加到97.64%。然而，它应该强调的是，这一阶段的转变是不完全是在文献[ 21称]。图10相体积分数的sdc99试样在DCT：（一）水平中心平面；（二）垂直中心平面为了验证上述的有效性仿真结果，使用X-射线衍射技术确定晶体结构和测量残余奥氏体和马氏体sdc99内容标本。图11代表X射线衍射

在模式和sdc99试样校准DCT变换后的。对应于保留的峰X射线衍射图中的奥氏体、马氏体和碳化物可见。特别是，峰值（200），（220）和（311）被认为是残余奥氏体，如图。11。从这里可以看出图，经过DCT变换的残余奥氏体的峰表现出低强度值，验证了残余奥氏体转变为马氏体的过程中。这个相体积分数的实验结果残余奥氏体和马氏体的前后DCT分别为20.3%和2.8%，79.7%和97.2%。

计算模拟结果吻合较好与实验获得的数据从X射线衍射。此外，对sdc99组织

之前和之后的DCT已经进行标本透射电子显微镜（透射电子显微镜）在图12。在DCT的标本，sdc99矩阵由板条状和片状马氏体和薄膜残留奥氏体的厚度大于100纳米。CT变换后，残余奥氏体的量可以显著降低。保留的地形奥氏体是在一个纳米级薄膜的20minus;60 nm之间的马氏体厚度范围即使经过长时间的浸泡时间和稳定存在的板条液氮中。

7结论

（1）与低温材料相结合性能和沸腾换热系数数值模型的建立，成功地预测在DCT的瞬态温度分布。此外，一个实验装置的设计，以验证仿真结果。结果证明了温度和冷却速度的差异试样的表面和核心是非常重要的。但是，应该强调的是，急性温度和冷却速度的变化主要是集中在试样表面区域约1 / 3样品的厚度，而这些变化进行以缓慢而温和的方式在核心区域标本。

（2）实验和数值模拟

研究表明，经过DCT变换的残余奥氏体将继续转变为马氏体相体积分数降低到2.3%、马氏体含量的增加85%至97.64%。数值计算结果是一致的从X射线的

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[146795]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章