[发明专利]基于TTT曲线预测轴件感应淬火淬硬层组织和硬度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于TTT曲线预测轴件感应淬火淬硬层组织和硬度方法。

背景技术

传统材料热处理工艺通过大量试验研究筛选一种较好处理工艺，成本既高又费时。具有高质量、重复性及适应性强等特征的感应淬火热处理是热处理行业中应用最广和发展最快的表面处理工艺之一，通过有限元分析预测工件感应淬火的淬硬层组织和硬度，确定其最佳工艺参数并指导生产，避免测定工件的淬硬层深度时损坏试验工件。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于TTT曲线预测轴件感应淬火淬硬层的组织和硬度方法，基于ANSYS有限元平台来模拟感应淬火过程，结合材料TTT曲线预测轴件感应淬火淬硬层的组织和硬度，减小感应淬火试验工作量。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于TTT曲线预测轴件感应淬火淬硬层组织和硬度方法，按照下列步骤进行：

步骤1)依据感应淬火实际工作环境构建感应淬火有限元实体模型；

步骤2)模型划分网格单元，定义二维耦合场实体单元PLANE13属性及材料属性；

施加热源载荷、热对流约束及边界条件至二维耦合场实体单元PLANE13各节点上，采用直接法对工件进行电磁热耦合分析获取电磁热耦合计算结果；

步骤3)计算轴零件在材料失磁后的升温速率，由轴件材料连续加热升温速率V_Ac1/Ac3与A_c1和A_c3变化曲线计算得到轴件的奥氏体化温度A_c1和A_c3；

步骤4)由感应淬火的工艺参数计算得到轴件模拟加热温度随径向分布曲线，由步骤3)中计算所得A_c1和A_c3值确定奥氏体在轴径向分布上含量范围；

步骤5)感应加热结束后对轴件表面施加对流换热系数载荷，模拟感应淬火冷却过程温度场变化；得到轴件径向淬硬层深度范围内任一位置的冷却曲线；

步骤6)查找《钢的奥氏体转变曲线—原理、测试与应用》得到上述奥氏体化温度下对应工件TTT图，采用数值处理方法处理TTT图，根据工件材料组织场动力学数学模型编写感应淬火过程中电磁场、温度场和组织场的演变程序；

步骤7)将步骤5)中的感应淬火冷却曲线与步骤6)中的基于TTT曲线程序联合计算，得到感应淬火后的轴径向上各处奥氏体转变组织及其硬度变化；

步骤8)根据步骤4)计算得到轴件感应淬火淬硬层中奥氏体含量分布，结合步骤7)中的计算结果得到轴件感应淬火后的淬硬层组织及硬度；

步骤9)将步骤8)的感应淬火淬硬层的组织及硬度计算结果与最终试验结果对比分析误差，给出模拟预测的可行性。

进一步地，所述步骤2)中采用直接法对工件进行电磁热耦合分析，得到电磁热耦合计算结果。

进一步地，所述步骤1)中感应淬火有限元实体模型包括材料物性参数、模型网格大小和迭代时间步长；所述迭代时间不长依据经验值选取。

进一步地，所述步骤4)中奥氏体在轴径向分布上含量范围的确定采用线性插值方法。

进一步地，所述骤6)中采用数值处理方法对TTT图进行拟合处理；根据扩散型和非扩散型相变动力学模型编写程序描述感应淬火组织场和温度场的关系，并根据图中的数据信息拟合处理得到材料一定奥氏体化后各等温转变获取转变组织与其硬度的关系。

进一步地，所述步骤6)中TTT图数值化处理采用软件GetDate进行信息采集；

感应淬火过程中电磁场、温度场和组织场的演变程序采用MATLAB软件编写；

采用Origin软件对轴件感应淬火轴径向各处冷却速度所获组织与淬硬层硬度的数学关系拟合出相应公式。

进一步地，所述步骤1)中感应淬火实际工作环境包括感应加热频率、加热时间、电流密度、感应线圈内径及高度。

本发明所达到的有益效果：本方法基于ANSYS有限元平台，通过模拟计算轴件感应淬火淬硬层的组织和硬度，调节感应工艺参数来满足工件的技术指标，可在避免损坏工件的情况下进行感应淬火淬硬层的组织硬度预测，也可根据实际工件形状、尺寸和设备参数改变预测模型，快捷方便预测出轴件感应淬火淬硬层的组织和硬度，且预测结果具有较为准确的优点。

附图说明

图1是轴件感应淬火几何模型示意图；

图2是轴件有限元分析网格模型的示意图；

图3是轴件表面加热温度随时间变化曲线示意图；