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17CrNiMo6钢斜齿轮热处理仿真分析中的位移边界条件

梁睿君, 王志强, 李华文

金属热处理 2021, 46 (12): 262-267. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.044

摘要（49）

PDF （617KB）（23）

基于17CrNiMo6钢热处理过程传热、组织场转变和热弹塑性数学模型,建立了斜齿轮零件热处理有限元模型。对17CrNiMo6钢斜齿轮的热处理过程进行了模拟,并分析了固定约束、对称约束、摩擦约束3种位移边界条件对热处理仿真畸变的影响。结果表明:17CrNiMo6钢斜齿轮淬火后齿轮表面受压应力,而心部受拉应力,齿根处压应力大于齿顶处。与目前普遍采用的固定约束或对称约束边界条件相比,采用摩擦约束的仿真结果更加符合实际情况。

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渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢齿轮淬火畸变影响的模拟研究

孔令利, 贺瑞军, 李贵发

金属热处理 2021, 46 (12): 268-275. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.045

摘要（49）

PDF （616KB）（24）

采用有限元模拟软件,对热处理气淬过程中渗碳层对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场、应力场、应变场的影响进行了分析,并结合第一性原理方法对其作用机制进行了探索。结果表明:渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场的影响较小,但是应力场结果显示当渗碳层厚度小于0.5 mm时,齿顶表面应力波动明显,齿顶表面的应力由渗碳层厚度0.1 mm的86.7 MPa增加至2.0 mm的278.6 MPa。应变场结果表明在渗碳层厚度为2.0 mm时,齿顶表面等效应变初始值达到2%。第一性原理计算结果显示随着碳浓度的增加,Fe-Fe原子之间的成键强度消弱,新形成的Fe-C键和Cr-C键明显增强,而且Fe与C原子之间电子密度呈明显的方向性。Fe-Fe键的消弱导致18Cr2Ni4WA钢的膨胀系数会随碳浓度增大而增大,因此齿轮因渗碳层过厚而产生的升温畸变在气淬降温阶段并不能恢复,从而加大齿轮尺寸跳动。

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工艺参数对铝合金强风冷过程界面换热效率的影响

徐戎, 李落星

金属热处理 2021, 46 (12): 276-281. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2021.12.046

摘要（47）

PDF （622KB）（22）

通过一系列风冷淬火试验,研究了气体高速冲击金属热表面的换热过程,采用反传热法对界面热流密度 (q) 和界面传热系数 (h)进行了求解,探究了试样的表面粗糙度和淬火初始温度、试样表面的冷却介质流量密度对换热过程的影响。结果表明:试样淬火初始温度对风冷淬火界面换热有显著影响,当其从470 ℃增大到520 ℃时,q 和h的最大值增大约50%,淬火表面温度下降到200 ℃的平均冷却速率增大约43%。随试样表面介质流量密度增大,界面热交换呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个与最高界面换热效率对应的临界试样表面介质流量密度,且喷射角度越接近90°,该临界值越小。随试样表面粗糙度增大,界面换热不断减小,这可能归因于越粗糙的表面对边界层内流体的钉扎作用越明显,越不利于提高界面换热效率。此外,在250~380 ℃区间,界面换热系数随表面温度变化曲线普遍存在一个凹陷区域,这可能与铝合金淬火冷却过程中二次相的析出有关。

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热处理工艺模拟专用材料数据库的设计与实现

张伦凤, 王治涵, 赵俊渝, 安康, 徐骏, 顾剑锋

金属热处理 2023, 48 (9): 247-252. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.042

摘要（41）

PDF （3415KB）（41）

材料参数是热处理工艺模拟中至关重要的数据支撑,但目前国内相关的材料数据库十分缺乏,少数现有数据库存在数据准确性低、完整性差、无法共享等问题,且仅通过化学成分区分材料,无法应对热处理工艺模拟对参数的需求。为此,设计出以化学成分与微观组织为主的数据结构体,自主开发了一款在线的专用材料数据库。该数据库针对热处理工艺模拟所需的材料参数特性,优化设计了数据存储结构。采用B/S架构设计实现了数据共享,同时提高了数据使用便捷性。另外,该数据库通过采用数据挖掘技术,引入了多元线性回归、贝叶斯线性回归、决策树和随机森林4种机器学习算法,建立了一种创新的数据提取机制。可通过对现有数据的应用分析确定有效的数据提取策略,进而获取当前所需的实际数据,初步解决了当前普遍存在的数据缺失问题,有力支撑了热处理工艺模拟的开展。

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相场法研究时效温度对Fe-Cu-Mn-Ni合金中富Cu相析出的影响

王康红, 许洋洋

金属热处理 2023, 48 (9): 265-270. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.045

摘要（30）

PDF （2654KB）（31）

通过耦合CALPHAD热力学数据库,建立了一个模拟多元合金固态相变中微观组织演化的相场模型,并以Fe-Cu-Mn-Ni合金为例,从动力学角度揭示了时效温度变化对富Cu相析出机制的影响。结果表明,α相向γ相的转变和B2环的形成都与富Cu相的尺寸密切相关。此外,时效温度变化会导致富Cu相的形貌和粗化机制的改变。时效温度越高,富Cu相的析出时间越短,其体积分数和半径也越大,析出相数量的减少速率也越快。

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45钢的激光淬火温度场与相变硬化区

马正和, 阿达依·谢尔亚孜旦, 刘俊杰, 古丽·尼尕尔

金属热处理 2023, 48 (9): 258-264. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.044

摘要（29）

PDF （3371KB）（25）

通过数值模拟计算得出45钢淬火过程中温度场的瞬态规律及相变硬化规律,分析单一因素变化对相变硬化区的影响。基于Comsol Multiphysics软件建立45钢激光淬火过程的热力耦合模型,利用JMatpro计算得出材料的相变曲线、CCT曲线及材料的部分热物性参数随温度的变化曲线,对整个模型进行修改,基于相变曲线及CCT曲线定义相变硬化区。结果表明,淬硬层呈高斯分布,不同工艺参数下激光淬火相变硬化层明显不同。在其它条件相同的情况下,相变硬化层深度及宽度与激光功率呈正相关,与扫描速度和光斑直径负相关。通过将JMatpro与Comsol Multiphysics相结合,可以建立并计算考虑热物性参数变化的激光淬火热力学耦合模型,实现激光淬火温度场和相变硬化区的预测。

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基于多参数变量的铝合金热处理集成管控工艺知识库构架

刘琦, 万茹涛, 种永刚, 李沐天, 曲明

金属热处理 2023, 48 (9): 253-257. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.09.043

摘要（26）

PDF （1339KB）（20）

针对热处理多参数变量的工艺特点,选取航空铝合金材料类型和热处理工艺类型为变量,采用多条件判定规则,构建了铝合金热处理集成管控工艺知识库,将铝合金热处理工艺过程中的升温、保温、降温与淬火参数数据化,实现了在热处理信息化管控系统中完成热处理集成管控工艺知识库直接对接车间MES等其他信息系统,自动调取数据化的工艺参数并完成下发,推进了热处理信息化管控系统对热加工设备工艺过程的直接控制,对促进特殊热处理过程生产的信息化、集成化、质量监控与过程管理具有理论和实践性的意义。

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基于卡尔曼滤波的模糊PID热处理温度控制系统的设计

李光保, 高栋, 路勇, 平昊, 周愿愿

金属热处理 2023, 48 (8): 235-241. doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2023.08.038

摘要（23）

PDF （4184KB）（13）

针对航天复杂铸造零件热处理工艺中温度控制存在的滞后性、超调量、易干扰、响应速度慢等问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的模糊PID(Proportional-integral-derivative)温度控制方法,采用粒子群算法(PSO)实现PID控制器的参数优化,通过卡尔曼滤波完成对于测量噪声的滤波,最后基于模糊策略实现温度控制的快速响应和超调控制,通过对模糊PID控制进行研究,分析其模糊规则并且进行模糊推理,根据热处理工艺温度控制要求,按照其推理规则,选取最适合的控制因子。通过运用MATLAB软件进行仿真对比,证明了设计的热处理温度控制系统准确性得到较大的提高,系统的鲁棒性较好,响应速度明显提升,超调量减小,调节时间变短,对干扰也有较强的抑制作用。

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