65Mn圆锯片基体淬火过程不均匀冷却变形分析.pdfVIP

摘要

65Mn钢因其具有高淬透性、高耐磨性和良好的机械性能与经济性，常用于圆锯

片基体的生产。淬火热处理作为锯片制造企业最重要的生产工艺环节，对锯片产品

的综合质量和使用性能起到关键性作用，而圆锯片基体经过淬火后常常会出现一定

量的变形，严重影响圆锯片基体后续的加工品质和使用寿命。因此需要改进优化圆

锯片基体淬火技术以提升圆锯片的整体品质并满足不断扩大的市场需求。本研究选

择65Mn圆锯片基体作为研究对象，通过理论、仿真与试验相结合的方式，从温度

场、组织场、应力场三个方面探索65Mn圆锯片基体淬火后的不均匀冷却变形规律，

提出优化措施，以期提高圆锯片工作的可靠性和稳定性。

首先，基于有限元仿真分析，构建了65Mn圆锯片基体淬火工艺多场耦合的热-

力学模型，并进行二次开发对模型添加了组织预测的功能，模拟淬火过程中的温度

场、组织场与应力场变化规律。运用温度测试仪、金相显微镜等实验设备对淬火后

65Mn圆锯片基体的温度分布、微观组织进行了实验测量，获取锯片淬火后的物理特

性数据，基于圆环薄板的热应力理论分析以及X射线衍射仪，通过理论计算和实验

测量分别得到了圆锯片基体淬火过程加热完成后和冷却完成后的应力分布情况。通

过比对实验数据与模拟结果，发现圆锯片基体在升温过程进行奥氏体化时时间上存

在一定的温度平台期，而整体温度分布存在10℃左右的梯度，总结了淬火后圆锯片

基体残余应力的分布规律为在淬火结束后应力分布大小为：内孔＞齿根＞中心。

然后，利用完善后的圆锯片基体淬火过程有限元模型，选择三类不均匀冷却情

况展开研究，明确了上下表面不均匀冷却是造成淬火后变形的主要原因。之后对主

要原因进行多水平重复仿真实验，并总结了变形的特征。选择合适的数学模型对实

验得到的数据进行拟合，得到上下表面冷却速度差与最大变形量之间的关系。总的

来说变形方向主要为轴向，大小上沿半径方向从内向外逐渐减小，整体呈现“碟状”

变形，随冷却速度差增大最大变形量也随之增大，数学关系为双S曲线的一种。

最后，以圆锯片基体淬火后应力分布均匀性为优化目标，对直径340mm的65Mn

材质圆锯片基体淬火工艺参数进行了响应曲面法试验设计，优化了淬火工艺参数。

并将优化后的结果与有限元模型进行对比，证明了淬火工艺参数优化方法的有效性。

关键词：圆锯片基体；淬火；应力分布；有限元仿真；变形

Abstract

65Mnsteeliscommonlyusedintheproductionofcircularsawbladesubstrate

becauseofitshighhardenability,highwearresistanceandgoodmechanicalproperties

andeconomy.Quenchingheattreatmentasthemostimportantproductionprocessofthe

sawblademanufacturingenterprises,thecomprehensivequalityofthesawblade

productsandtheuseofperformanceplaysakeyrole,andthecircularsawbladesubstrate

afterquenchingoftenappearacertainamountofdeformation,whichseriouslyaffectsthe

subsequentprocessingqualityandservicelifeofthecircularsawbladesubstrate.

Therefore,thereisanurgentneedtoimproveandsolvethekeyquenchingtechnologyof

thecircularsawbladesubstrate,inordertoimprovethequalityofcircularsawbladesto

meetthegrowingm