弹簧钢的热处理工艺数值模拟.doc

PAGE PAGE 7 弹簧钢的热处理工艺数值模拟 摘要 弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。中国的弹簧钢在20世纪50年代曾参照前苏联的弹簧钢牌号，主体为Si-Mn系列的弹簧钢。本课题选用60Si2Mn弹簧钢作为实验的材料，采用淬火和回火的热处理方式，希望通过有限元分析方法，考虑60Si2Mn弹簧钢在热处理过程中的试件瞬态问题、相变潜热问题、变热物性参数问题，以及温度场、显微组织场和内应力场相互耦合问题，建立了热处理过程的有限元计算模型，并通过试验对模型进行了验证，验证模型的可靠性。为实际生产中60Si2Mn弹簧钢热处理工艺的制定划出了范围 关键词 弹簧钢 热处理 数值模拟60Si2Mn 前言 弹簧钢是极其重要的工业用钢，主要用于制造汽车、铁道车辆、拖拉机等结构用板簧、安全阀弹簧、螺旋弹簧，也用于重型机械的减震器和承受高交变载荷工作下的大型卷制弹簧及仪器仪表弹簧等。热处理技术作为机械制造业中十分重要的基础工艺技术之一，在整个工业领域中，应用十分广泛。在充分发挥材料潜能，节约能源，进行清洁生产和人类社会可持续发展上，热处理技术的拓展是绝不能忽视的。弹簧工作在周期性的弯曲、扭转等交变应力条件下，经受拉、压、冲击、纽曲等各种复杂的应力作用，还要经受疲劳腐蚀、应力腐蚀、磨损等多种失效形式的交互作用，有时还要承受极端的瞬时大载荷的作用。并且，许多弹簧的工作环境也十分恶劣。因此，对弹簧钢的生产和热处理的要求十分严格。随着计算机技术和热处理工艺相关学科的发展，如数值模拟计算方法、计算传热学、热弹塑性理论、相变动力学、计算流体力学等，从而为热处理过程的数值模拟和仿真技术的发展奠定了坚实的基础。由于数值模拟技术在热处理方面的突出优势，它必将在制造业领域被广泛使用，这也是技术进步的必然结果。因此研究弹簧钢的热处理工艺数值模拟技术在实际生产和科学研究中起着越来越重要的作用。本文将对弹簧钢热处理工艺的数值模拟技术进行探讨和研究。  TOC \o 1-3 \h \z \u 1绪论 6 1.1弹簧钢的介绍及国内外发展现状 6 1.2 国内外弹簧钢发展趋势 7 1.2.1 弹簧钢向高强度方向发展 7 1.2.2 弹簧钢向高弹减抗力方向发展 8 1.2.3 弹簧钢向高纯净度方向发展 8 1.3 弹簧钢的分类 8 1.3.1 按照化学成分分类 8 1.3.2 按照生产加工方法分类 9 1.3.3 按照钢材交货状态分类 9 1.4 典型弹簧钢介绍 10 1.5 热处理过程简介和数值模拟方法 11 1.5.1 热处理过程简介 11 1.5.2 热处理过程的数值模拟方法 12 1.5.3 热处理的流程和步骤 13 1.6 课题研究的背景和意义 14 1.7 本文研究的内容 15 2 60Si2Mn弹簧钢热处理工艺规程的研究 16 2.1 60Si2Mn介绍 16 2.2 60Si2Mn弹簧钢热处理规范 16 2.2.1 常用热处理规范 16 2.2.2 等温淬火 17 2.2.3 亚温淬火 17 2.2.4 高温淬火 17 2.3正交试验法的介绍 17 2.4 60Si2Mn弹簧钢热处理工艺规程的制定 19 2.4.1 试样的淬火 19 2.4.2 试样的回火 19 2.4.3 60Si2Mn弹簧钢的热处理试验方案 20 3 60Si2Mn弹簧钢热处理工艺数值模拟 21 3.1Deform-3D有限元软件的介绍 22 3.2 60Si2M弹簧钢的热处理工艺数值模拟 23 3.2.1 问题分析 24 3.2.3基本设置 26 3.2.4 输入几何体 27 3.2.5 生成网格 29 3.2.6 材料定义 30 3.2.7 坯料设定 31 3.2.8 介质定义 32 3.2.9 方案定义 35 3.2.10 设置模拟控制 35 3.2.11 模拟和后处理 36 4 模拟后处理和模拟结果分析 37 4.1 60Si2Mn弹簧钢热处理模拟过程中的组织变化 37 4.2 60Si2Mn弹簧钢热处理模拟过程中硬度的变化 42 4.3 60Si2Mn弹簧钢热处理工艺模拟的结果分析和比较 43 5 60Si2Mn弹簧钢模拟结果的验证和分析 44 5.1 试验设备和试验流程 44 6 结论 48 1绪论 1.1弹簧钢的介绍及国内外发展现状 弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性