球墨鑄鐵電子束表面淬火的溫度場及應(yīng)力場仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、球墨鑄鐵因其具有優(yōu)良的鑄造、切削加工等性能，且生產(chǎn)成本較低，而廣泛用于生產(chǎn)機(jī)械行業(yè)中載荷大且受力復(fù)雜的零件，但球墨鑄鐵的硬度與耐磨性相對(duì)較低，尤其表面常發(fā)生如磨損、腐蝕、疲勞等失效，其應(yīng)用受到了一定的限制，因此需要對(duì)球墨鑄鐵進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。而電子束表面淬火技術(shù)能夠有效地提高材料表面的硬度和改善材料表面的耐磨性及耐蝕性?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法很難直接測定電子束表面淬火過程中瞬態(tài)溫度場和應(yīng)力場的分布，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究。
　　本文通過分

2、析電子束表面淬火過程的溫度場及應(yīng)力場形成的物理基礎(chǔ)，結(jié)合電子束熱處理設(shè)備的實(shí)際工況和仿真相關(guān)理論，建立了電子束表面淬火溫度場的有限元模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在溫度場有限元模型的基礎(chǔ)上建立了電子束表面淬火應(yīng)力場的有限元模型。分析了電子束表面淬火過程溫度場及應(yīng)力場的變化規(guī)律，討論了束流、掃描速度、束斑直徑和試樣有效厚度對(duì)溫度場分布規(guī)律的影響，對(duì)球墨鑄鐵電子束表面淬火進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與溫度場分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電子束表面淬火

3、過程溫度場及應(yīng)力場分布是個(gè)非穩(wěn)態(tài)過程；根據(jù)縱向硬化層尺寸（包括深度和寬度）的仿真與實(shí)驗(yàn)研究，得到了電子束下束端的硬化層尺寸小于中間掃描帶的硬化層尺寸，收束端的硬化層尺寸大于中間掃描帶的硬化層尺寸的分布規(guī)律；試樣獲得了主要由球狀石墨及其周圍馬氏體殼組成的表面強(qiáng)化層，其表面硬度大幅度提高，是基體硬度的3~4倍。在其他參數(shù)不變的情況下，隨著束流I的增大，試樣表面峰值溫度基本呈線性升高，淬硬層中球狀石墨周圍的馬氏體殼也越厚，其硬度有所提高，硬化

4、層深度和寬度也有所增大；隨著掃描速度v的增大，試樣表面峰值溫度呈雙曲線下降，淬硬層中球狀石墨周圍的馬氏體殼也越薄，其硬度有所下降，硬化層深度和寬度都減?。皇咧睆絛對(duì)試樣溫度場影響較大，小束斑直徑比大束斑直徑能量更集中；試樣有效厚度h對(duì)電子束表面淬火溫度場有影響，大厚度試樣的溫度場受到下表面的冷卻條件的影響小。所獲得的熱應(yīng)力分布規(guī)律與溫度場的變化規(guī)律一致，電子束掃描區(qū)主要為壓應(yīng)力，其峰值出現(xiàn)在基體與硬化層交界處，并隨電子束熱源移動(dòng)而變化