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(diǎn),在現(xiàn)實(shí)中人們很難直接觀測(cè)溫度場與內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變的過程,因此采用數(shù)值模擬的方法對(duì)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(jìn)行研究,對(duì)研究三場(溫度場、組織場和應(yīng)力場)具有重要的理論和實(shí)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(shù)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(jì)算奧氏體開始轉(zhuǎn)變溫度,采用Scheil和 Avrami方程計(jì)算奧氏體轉(zhuǎn)變量的體積分?jǐn)?shù),運(yùn)用Koistinen-Marburger公式計(jì)算馬氏體轉(zhuǎn)變量的體積分?jǐn)?shù),采用Avrami和Ahhenius方程計(jì)算馬氏體回火轉(zhuǎn)變量的體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)電子束熱源的實(shí)際狀況和特性,選擇了高斯熱源模型,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬對(duì)熱源模型系數(shù)進(jìn)行修正,考慮了熱物性參數(shù)隨溫度變化和熱輻射的影響,運(yùn)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(jìn)行數(shù)值求解;基于MATLAB二次開發(fā)接口技術(shù),編寫電子束多道掃描相變硬化的組織場程序,對(duì)組織場進(jìn)行數(shù)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(xué)顯微鏡、掃描電鏡、金相顯微鏡、硬度計(jì)和光切顯微鏡等儀器對(duì)電子束多道掃描相變硬化試樣顯微組織和表面性能進(jìn)行分析和測(cè)試,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　研究結(jié)果表明:電子束熱源在移動(dòng)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(jìn)行第二道掃描相變硬化過程中,電子束熱源的特點(diǎn)不再具有電子束第一道掃描的特性,即關(guān)于中心對(duì)稱的“橢圓狀”,而是呈現(xiàn)“偏橢圓狀”,試樣表面的等溫線不是以熱源中心對(duì)稱分布,而是偏向已掃描的一側(cè);試樣經(jīng)電子束多道掃描處理后,試樣各點(diǎn)經(jīng)歷著相同周期的熱循環(huán)過程,呈現(xiàn)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(jù)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(qiáng)于次表層,離表層越近,奧氏體開始轉(zhuǎn)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(shù)值模擬過程中,以有無馬氏體作為相變硬化層的界限與實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)間