45鋼多道電子束掃描相變硬化溫度場及組織場的研究.pdf

1、電子束相變硬化可以使金屬材料獲得較高的表面性能,但因電子束具有加熱速度快,基體自激冷卻速度快的特點,在現實中人們很難直接觀測溫度場與內部組織轉變的過程,因此采用數值模擬的方法對電子束掃描相變硬化過程中溫度場及組織場的變化過程進行研究,對研究三場(溫度場、組織場和應力場)具有重要的理論和實際意義,可為研究電子束掃描相變硬化的熱處理過程,合理地選擇電子束工藝參數和搭接率提供理論支持。
　　本研究基于45鋼的TTA曲線和Scheil疊加

2、法則計算奧氏體開始轉變溫度,采用Scheil和 Avrami方程計算奧氏體轉變量的體積分數,運用Koistinen-Marburger公式計算馬氏體轉變量的體積分數,采用Avrami和Ahhenius方程計算馬氏體回火轉變量的體積分數。根據電子束熱源的實際狀況和特性,選擇了高斯熱源模型,通過實驗驗證和數值模擬對熱源模型系數進行修正,考慮了熱物性參數隨溫度變化和熱輻射的影響,運用COMSOL多物理軟件,建立電子束多道掃描相變硬化的三維瞬態(tài)

3、溫度場的仿真模型,并進行數值求解;基于MATLAB二次開發(fā)接口技術,編寫電子束多道掃描相變硬化的組織場程序,對組織場進行數值求解,分析電子束多道掃描相變硬化溫度場和組織場的分布規(guī)律;采用光學顯微鏡、掃描電鏡、金相顯微鏡、硬度計和光切顯微鏡等儀器對電子束多道掃描相變硬化試樣顯微組織和表面性能進行分析和測試,并將實驗結果與數值模擬結果進行對比。
　　研究結果表明:電子束熱源在移動過程中,試樣表面的最高溫度始終偏離熱源的中心處,在電子束

4、進行第二道掃描相變硬化過程中,電子束熱源的特點不再具有電子束第一道掃描的特性,即關于中心對稱的“橢圓狀”,而是呈現“偏橢圓狀”,試樣表面的等溫線不是以熱源中心對稱分布,而是偏向已掃描的一側;試樣經電子束多道掃描處理后,試樣各點經歷著相同周期的熱循環(huán)過程,呈現不規(guī)則的“鋸齒狀”;在材料表面相變層不同區(qū)域的熱循環(huán)特征存在明顯的差異性,依據不同的熱循環(huán)特征,可以將材料表面的相變硬化層分為相變硬化區(qū)、不完全相變硬化、二次淬火區(qū)和回火區(qū);表層的熱

5、循環(huán)過程明顯強于次表層,離表層越近,奧氏體開始轉變線越高,且在同一熱循環(huán)過程中,加熱速率高于冷卻速率,在硬化層的深度方向,峰值溫度都存在著滯后性;在組織場數值模擬過程中,以有無馬氏體作為相變硬化層的界限與實驗結果相符合;電子束多道掃描處理后,試樣表面的粗糙度明顯降低,試樣表面的硬度值存在著明顯的不均勻性;試樣表面的粗糙度隨著搭接率的增大呈非線性減小,回火區(qū)隨著搭接率的增大呈非線性增大,硬化層的深度和寬度隨著搭接率的增大而增大,隨間隔時間