Cr5钢支承辊水—空交替热处理工艺数值模拟与实验研究

发布时间：2017-07-19 06:28

  本文关键词：Cr5钢支承辊水—空交替热处理工艺数值模拟与实验研究

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【摘要】：支承辊作为轧机中的关键部件,其性能的优劣会直接影响轧制产品的性能与质量。为得到高服役性能的支承辊,除了需对材料成分进行探索和开发之外,还需对其热处理工艺进入深入研究。本文通过数值模拟与实验测试,对Cr5支承辊的热处理工艺进行了研究,得到了满足支承辊使用需求的水-空交替热处理工艺。首先,利用Gleeble-3800热模拟试验机测得了Cr5钢的连续转变曲线和热膨胀系数等参数,并对Cr5钢的马氏体转变进行了研究,完善了Cr5钢支承辊在热处理过程中的温度场、组织场和应力应变场相互耦合的数学模型。接着,利用HYPERMESH网格划分工具对Cr5支承辊的三维几何模型进行网了网格划分,并将其导入到DERORM数值模拟软件中对其最终热处理过程进行了数值模拟。通过控制不同冷却时间和空冷时间,制定了四种水-空交替热处理工艺,并对这四种工艺下支承辊的温度场、组织场和应力应变场等模拟结果进行了分析,得到了能够满足支承辊使用需求的水-空交替热处理工艺。最后,利用Gleeble-3800热模拟试验机对其水-空交替淬火工艺和连续喷雾淬火工艺进行了物理模拟与对比实验。并通过拉伸实验、冲击实验、硬度测试和金相观察等,分析了经这两种热处理工艺处理后Cr5钢试件的组织和力学性能。由实验结果可知,试件经水-空交替淬火工艺处理后组织的塑性与韧性均较经连续喷雾淬火后有明显提高。虽然试件的强度和硬度稍有下降,但仍能够满足支承辊的强度和硬度使用要求;试件经水-空交替淬火处理后,残留奥氏体有明显提高,这也是其塑性和韧性等提高的主要原因。
【关键词】：Cr5钢 支承辊 水-空交替 淬火 数值模拟
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG162.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 大型支承辊的制造工艺11-13
• 1.2.1 钢锭的冶炼与浇铸11-12
• 1.2.2 支承辊的热处理工艺12-13
• 1.3 热处理数值模拟研究概况13-14
• 1.4 应力与组织转变之间的相互影响14-17
• 1.4.1 应力对相变动力学的影响15-16
• 1.4.2 相变塑形16-17
• 1.5 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 Cr5钢性能参数及相变动力学曲线测定19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 Cr5钢的化学成分19-20
• 2.3 Cr5钢的基本性能参数20-21
• 2.3.1 Cr5钢的力学性能参数20
• 2.3.2 Cr5钢的热物性参数20-21
• 2.4 Cr5钢的CCT曲线21-25
• 2.4.1 实验设备21-22
• 2.4.2 实验原理22-23
• 2.4.3 实验工艺及结果23-25
• 2.5 Cr5钢的TTT曲线25-26
• 2.6 Cr5钢的热膨胀系数26-29
• 2.6.1 热膨胀系数测量原理26
• 2.6.2 热膨胀仪工作原理26-27
• 2.6.3 实验结果与分析27-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 应力与马氏体转变的相互作用30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 马氏体相变动力学与相变塑性模型30-32
• 3.2.1 马氏体相变动力学模型30-31
• 3.2.2 马氏体相变塑性模型31-32
• 3.3 试件尺寸及实验方法32-34
• 3.3.1 试件尺寸32
• 3.3.2 实验方法32-34
• 3.4 实验结果与分析34-40
• 3.4.1 马氏体组织转变曲线34
• 3.4.2 应力对相变动力学的影响34-37
• 3.4.3 应力对Ms点的影响37
• 3.4.4 相变塑性实验结果分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 支承辊热处理过程数值模拟基础理论41-51
• 4.1 温度场数学模型41-44
• 4.1.1 导热方程41-42
• 4.1.2 初始条件42
• 4.1.3 温度场有限单元方程42-44
• 4.1.4 相变潜热44
• 4.1.5 温度场基本假设44
• 4.2 组织场数学模型44-45
• 4.3 应力应变场数学模型45-50
• 4.3.1 弹性问题基本方程45-47
• 4.3.2 热弹塑性基本问题47-49
• 4.3.3 热弹塑性问题假设49
• 4.3.4 应力对组织转变的影响49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 支承辊热处理过程数值模拟与实验51-76
• 5.1 支承辊数值模拟模型及边界条件51-54
• 5.1.1 支承辊的几何模型51-52
• 5.1.2 支承辊的网格划分52
• 5.1.3 边界条件52-54
• 5.2 支承辊热处理工艺54-57
• 5.3 加热过程数值模拟57-61
• 5.4 淬火过程数值分析61-70
• 5.4.1 水-空交替淬火工艺62-63
• 5.4.2 温度场模拟结果分析63-64
• 5.4.3 组织场模拟结果分析64-66
• 5.4.4 应力场模拟结果分析66-70
• 5.5 实验验证70-75
• 5.5.1 金相实验70-71
• 5.5.2 拉伸实验71-73
• 5.5.3 冲击实验73-74
• 5.5.4 硬度实验74-75
• 5.6 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

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本文编号：561605