大型水工钢闸门轨道热处理工艺指标研究.docVIP

Water Science and Engineering, 2013, 6(4): 423-432 Doi：10.3882/j.issn.1674-2370.2013.04.006 e-mail: wse2008@ 大型水工钢闸门轨道热处理工艺的研究 Ping-zhou CAO*, Guang-zhong LIU, Kai WU 中国南京210098河海大学土木与交通工程学院 摘要为了硬度和强度，大型水工闸门轨道应该通过热处理。水工闸门滚轮与轨道目前的设计方法是基于Hertz接触线弹性理论，并没有考虑到在造成材料的机械性能变化。在项研究中，根据滚轮与轨道的支承机构的设计与分析利用ANSYS有限元程序模拟的轨道在淬火过程中，和温度的变化，残余应力和形变，热处理工艺分析。在基于时间温度变换的方法预测了热处理的冶金结构域（TTT）曲线。结果表明，设计的跟踪分析方法和热处理工艺是可行的，可为实际工程提供参考。 1、引言 当大型液压平面钢闸门开启和关闭时，在大荷载轮压力作用下，滚轮 当设计要求为滚轮与轨道做热处理时，热处理过程不仅要满足表面的硬度要求，同时要满足硬度分布要求。钢闸门设计中《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》中的规定(DL/T5018-94) (MEPIC 1994)。构件的硬度分布主要受加工参数的影响，即构件的钢类型、大小、形状。因此，需要对指定的构件热处理工艺进行分析，获得实际硬度分布。 通常，大型钢闸门轨道是由合金钢制成的，具有高淬透性。高强度的瞬间应力、残余应力和形变，均可导致淬火。由于大型液压轨道的热处理工艺设计的诸多复杂的因素存在，目前在中国，热处理工艺最优参数通常是通过反复试验得到的多个组合参数后，选择的一套较为合理的参数。传统的试验和错误的重组程序可能导致大量无用的构件由于挠度过大而超过限值。为了提高效率和产品合格率，以及对轨道热处理工艺参数的理论分析，就急需数值模拟法。 Bai（2009）研究了层硬度的分布规律，探讨了硬度与杨氏模量之间的关系以及基于抛物线模型的屈服强度模拟和轨道之间的接触 Cao（2001）讨论了材料的选择、大型液压铸铁热处理要求。结论是，硬化层和内层之间的接口应位于的区域相对较低的剪切应力。此外，最大剪应力应在硬化层发生。淬硬层的厚度应通过剪切应力分布的确定。在三峡工程三高压下钢大门的轨道，两倍硬化层的厚度的深度，对应的最大剪应力。 Li et al.（2002）首次运用DEFORM软件包模拟残余应力，硬度和淬硬轴对称工件平面应变形变，并优化了气体淬火过程中热系数。 本研究利用ANSYS有限元程序模拟热处理，研究热处理对材料性能和变形，和接触的承载能力，可为大型水工钢闸门轨道和轨道的轮轨接触强度计算的热处理工艺参数设计提供依据。 热处理工艺设计 要保证轨道力学性能超过对轨道的热处理参数进行了设计利用ANSYS有限元程序模拟在三峡三期工程门高压力下的轨道和轮截面如图1所示42CrMo钢制成，滚轮35CrMo钢 图1 交叉路段的轨道和轮（单位：mm） 目前，硬度指标通常是根据工程经验硬度和强度的有色金属（钢铁工业协会1999）轮的外部硬度和接触应力有一定关系，如表1所示。根据水利水电工程钢闸门设计规范（ 1995）。轮4 100千牛设计荷载作用下，对三峡工程三门轮支承结构，计算的最大接触力(max＝1 056兆帕，根据表1，轮的硬度应达到430 HB，轨道硬度应大于轮，应达到480 HB。然而，事实上，由于缺乏对热处理理论的指导，对轮轨实际外硬度分别为277和333，这是低于表1中列出的要求。 表1硬度接触应力 表面硬度 允许接触应力 表面硬度 允许接触应力 (HB) 线接触 点接触 (HB) 线接触 点接触 300 600-750 150-187 430 860-1075 215-270 320 640-800 160-200 490 990-1240 248-310 淬火和回火的工艺设计一些参数应选择，包括淬火温度保温时间冷却时间淬火，回火温度和回火时间。中国机械工程学会42CrMo，在奥氏体开始加热温度（AC1）为730℃，在铁素体转变为奥氏体是完成加热温度（AC3）是800℃，奥氏体向马氏体转变的开始冷却温度（MS）是310℃。淬火