[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

说明书

本发明公开了一种钢板淬火处理临界加热速率的确定系统及确认方法，该方法通过建立钢板的三维几何模型，并建立钢板淬火过程中温度场及组织场耦合的有限元模型，根据钢板热‑组织性能数据库，以及耦合模型中温度和组织的初始条件和边界条件，数值求解热‑组织耦合有限元模型，对保温时刻钢板中心温度是否达到设置的保温温度进行判断，并通过重新设置边界条件中的加热速率，得到钢板淬火过程中保温时刻中心温度达到保温温度的临界加热速率。通过建立钢板淬火过程中的温度场及组织场的耦合模型，并进行反复地模拟计算，确认钢板淬火过程中临界加热速率，不用经过对实际生产的钢板进行反复实验，提高了临界加热速率的确认效率，降低了产品制造成本。

技术领域

本发明涉及金属材料热处理，具体是涉及一种钢板淬火处理临界加热速率的确定系统及确定方法。

背景技术

为了提高轧制态低合金超高强度钢板的力学性能，通常需要对轧制后钢板进行淬火处理。随着节能减排和企业降低成本的需求，在确保低合金超高强度钢板性能的前提下，尽可能减少热处理时间，成为制造企业关注的问题。淬火过程包括升温、保温和降温三个过程，将钢板加热到一定奥氏体化温度后进行保温，使得钢板充分奥氏体化，然后通过淬火介质冷却钢板，得到需要的显微组织和力学性能。降温过程是钢板通过水幕进行喷水降温，减少处理时间对降低能耗影响较小。因此，通过设置合适的升温速率来减少热处理时间，是降低生产能耗和制造成本的重要途径。

目前，制定加热升温速率是通过实验室的小试样进行的。然而，实际生产中钢板尺寸大，实验室小试样制定的升温速率不能完全复制到实际生产中。如果通过实际生产的钢板进行实验，经反复加热冷却处理后，钢板尺寸精度和力学性能难以保证，成本较高，而且实验工作量大，周期长，影响产品开发进度。因此，如何制定合适的升温速率(即临界加热速率)，成为困扰制造现场的难题。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种无需对实际生产钢板进行反复加热冷处理实验的钢板淬火处理临界加热速率的确定系统。

本发明还提供一种钢板淬火处理临界加热速率的确定方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种钢板淬火处理临界加热速率的确定系统，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。

本发明还采用一种钢板淬火处理临界加热速率的确定方法，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；