[发明专利]一种钢板淬火处理临界加热速率的确定系统及确定方法

权利要求书

1.一种钢板淬火处理临界加热速率的确定系统，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立钢板的三维几何模型，并进行网格划分，然后建立钢板淬火过程中温度场及组织场耦合的有限元模型，即热-组织耦合模型；

条件设定模块，用于建立钢板的热-组织性能数据库，并设定热-组织耦合模型中温度和组织的初始条件和边界条件，温度边界条件包括钢板淬火过程的加热速率和奥氏体化的保温温度；

加热速率确定模块，用于根据热-组织性能数据库、温度的初始条件和边界条件、组织的初始条件和边界条件对热-组织耦合有限元模型进行数值求解，得到淬火过程的温度场和组织场演变，并根据得到的温度场演变获得钢板内部中心处温度，对钢板内部中心处温度进行分析判断；如果中心处温度达到设置的保温温度，则此时的加热速率即为临界加热速率；如果中心处温度未达到设置的保温温度，则通过条件设定模块重新设置淬火过程的加热速率。

2.一种根据权利要求1所述确定系统的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立钢板的三维几何模型，并进行网格划分；

(2)建立钢板淬火过程中温度场及组织场耦合的有限元模型，即热-组织耦合模型，包括温度场模型公式和组织场模型公式；

(3)通过测试获得钢板淬火过程中钢板的物理数据，建立钢板的热-组织性能数据库；

(4)设定热-组织耦合模型中温度场的初始条件和边界条件，以及组织场的初始条件，温度场边界条件包括钢板淬火过程的加热速率和奥氏体化的保温温度；

(5)根据钢板热-组织性能数据库、温度场的初始条件和边界条件、组织的初始条件对热-组织耦合有限元模型进行数值求解，得到淬火过程的温度场和组织场演变；

(6)根据步骤(5)中得到保温时刻钢板内部中心处的温度，并对钢板内部中心处温度进行分析判断；如果中心处温度达到设置的保温温度，则此时的加热速率即为临界加热速率；如果中心处温度未达到设置的保温温度，则重新设置淬火过程的加热速率，重复执行步骤(4)-步骤(6)，直至最终完成临界加热速率的确定。

3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中温度场模型公式为：

其中，T为钢板温度，t为时间，λ为钢板热导率，c为钢板比热，ρ为钢板密度，Q为相变潜热；x，y，z为笛卡尔坐标系的3个方向；

所述组织场模型公式为：

其中，P(T)为新相的相份数；P_eq(T)为平衡条件下新相的相份数；τ(T)为旧相转变为新相的延迟时间；为相的生成系数，为温度变化率。

4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中热-组织性能数据库包括钢板的CCT曲线和每种相在不同温度下的热导率、比热、密度。

5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)钢板的物理数据的测试具体步骤包括：

(31)测试钢板不同冷速下的膨胀曲线，结合组织和硬度，建立不同冷速下的CCT曲线；

(32)对小块钢板进行水淬，获得马氏体组织，采用激光热导仪测试马氏体在不同温度条件下的热导率、比热、密度；

(33)通过软件计算奥氏体组织在不同温度条件下的热导率、比热、密度。

6.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中钢板温度初始条件为室温，钢板初始组织状态为马氏体，钢板温度边界条件包括加热速率、奥氏体化保温温度及保温时间、冷却速率。

7.根据权利要求2～6任意一项所述的确定方法，其特征在于，所述钢板为Q960低合金超高强度钢板。

8.根据权利要求2～6任意一项所述的确定方法，其特征在于，所述钢板尺寸为15000mm×2800mm×10mm。