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一种新型材料淬火过程的数值模拟和实验研究

原文作者:
  张世珍,王维锐,李玉良,杨文伟,颜益
发布时间:
  2014-08-21
来    源:
  浙江大学机械设计研究所
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摘 要:一种新型摩托车制动盘专用材料B410DB的淬火工艺目前仍采用人工经验和小批量试制的方法,针对这一现状,对该新型材料的淬火过程进行了数值模拟、温度实验和温度场、组织场的分析.运用材料性能模拟软件JMatPro得到了B410DB的机械、热物理性能及其等温转变曲线(TTT)、连续冷却转变曲线(CCT),在此基础上,利用热处理专业软件DEFORM,建立了能够反应制动盘实际淬火过程的数值模型.利用该数值模型模拟了某型号制动盘的温度场和组织场的变化过程.仿真和实验结果对比表明:该模型准确可行,温度变化和组织状态与实验吻合度高,为优化制动盘淬火过程提供了依据,该方法也可用于其他材料和型号的制动盘淬火过程,具有一定的通用性.
   作为中国大陆第一家专业制造摩托车制动盘的企业,浙江隆中机械制造有限公司生产的摩托车制动盘大多采用Cr13系列材料.但是Cr13系列材料热处理后容易出现硬度不均匀、组织不稳定、易变性、耐蚀性降低等缺陷.隆中公司与宝钢集团2008年共同开发了B410DB材料,它是在410型不锈钢的基础上控制碳和氮,加大锰含量,调整冶炼和轧制工艺而研发成功的一种摩托车制动盘专用材料.该材料性能与国外摩托车制动盘普遍应用的R410DB材料相当,其优点是淬火后不必进行回火即可获得稳定的组织.
    淬火过程是将工件加热至临界点或临界点以上一定温度,保温后以大于临界冷却速度冷却得到相关组织的热处理工艺.淬火过程十分复杂,材料内部的温度、组织和应力相互作用、相互影响并且不断变化.目前的发展趋势是用计算机数值模拟的方法来预测出金属的热处理过程.Bokota等[1]对感应加热和火焰加热两种热处理方法的组织场和残余应力进行数值分析,并通过TTT加热曲线和TTT冷却曲线计算得到相变过程中各相的百分比.Zhao等[2]研究了淬火对中碳轴承钢微观结构和机械性能的影响.当然热处理数值模拟现状也存在诸多问题与难点,如微观变形机理难以预测宏观材料行为、相变塑性理论还未成熟[3]、对流传热系数复杂[4]、材料参数不完整[3]等.
    本文针对这种新型摩托车制动盘材料,通过JMatPro软件得到了其性能参数,利用DEFORM软件建立了淬火过程的数值模型,并通过对某型号制动盘淬火过程温度场和组织场的实验研究,验证该数值模型的准确性.
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