偏心圆环淬火过程的数值模拟-上海交通大学材料改性与数值模拟研究所.PDF

第 47 卷第 12 期 机 械 工 程 学 报 Vol.47 No.12 2 0 1 1 年 6 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Jun. 2 0 1 1 DOI ：10.3901/JME.2011.12.062 偏心圆环淬火过程的数值模拟* 周志方 王晓燕 顾剑锋 (1. 上海交通大学材料科学与工程学院 上海 200240 ； 2. 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室 上海 200240) 摘要：系统地介绍淬火热处理过程的传热、相变和应变计算的数学模型，该模型充分考虑了相变潜热的影响，并考虑到热应 变等多种因素对淬火应变的综合作用。基于此模型，采用有限元法对 GCr15 轴承钢制偏心圆环的油淬过程进行数值模拟。结 果表明，偏心圆环的薄壁端边缘在淬火 6 s 时率先开始形成马氏体，厚壁端心部直至淬火25 s 后才开始形成马氏体，此时薄 壁端边缘位置的马氏体转变已经基本完成。偏心圆环各部位开始形成马氏体的时间差异明显，但最终得到的组织分布趋于一 致，都是 89%的马氏体和 11%的残余奥氏体。淬火过程使偏心圆环在高度方向少量膨胀，同时其内外圆也变形成椭圆，并且 它们的长轴与偏心圆环的内外圆圆心连线共线。模拟计算得到的变形趋势与试验得到的结果一致，但变形量比实测值小。 关键词：淬火 数值模拟 偏心圆环 中图分类号：TG162.83 Numerical Simulation of Eccentric Cylinder Quenching Process ZHOU Zhifang WANG Xiaoyan GU Jianfeng (1. School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240; 2. Shanghai Key Laboratory of Materials Laser Processing and Modification, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240) Abstract ：The heat transfer, phase transformation and quenching strain models for simulating quenching heat treatment process are introduced, the effect of latent heat on temperature, as well as the effect of thermal strain et al. on quenching strain are all considered in this model. Then the oil quenching process of eccentric cylinder made of GCr15 is simulated on the basis of these models by using finite element method (FEM). The results show that the martensite transformation start times at different parts of the cylinder are quite different, but they all get the similar phase proportion: 89% martensite and 11% residual austenite. Quenching process makes the height, inner and outer diameters of the cylinder, finally