淬火冷卻技術發展概況

發布時間： 2012-3-15 15:18:07

淬火冷卻技術作為熱處理工藝過程的重要組成部分，自始至終伴隨著熱處理技術的發展而不斷進步。但是，由于冷卻過程的復雜性和瞬間完成的特點，加之測量儀器和研究手段的局限，而使其研究水平和控制水平滯后于熱處理的加熱過程。近些年來，隨著測量技術、計算水平、重視程度以及對淬火質量的要求不斷提高，在淬火冷卻過程機制研究、過程模擬、控制冷卻、新型淬火方法、新型淬火介質、淬火介質評價以及冷卻技術標準制訂等領域取得了顯著的進展。淬火冷卻過程計算機模擬技術 20世紀70年代末，ASM組織（淬火冷卻委員會）已經把計算機數值模擬作為現代熱處理技術的一個重要組成部分，并把它作為保持競爭力的重要手段。Kobasko通過模擬給出了淬火件獲得最大表面壓應力的時間，解決了汽車半軸用40鋼代替40CrNi2Mo鋼強烈淬火獲得最大表面壓應力的淬火工藝問題。上海交通大學在20世紀90年代中期完成了國家自然科學基金資助的“界面條件劇變的淬火冷卻過程計算機模擬與淬火工藝CAD”項目，實現了形狀復雜的工件在復雜的淬火操作過程中，溫度場、相變、應力／應變的模擬。例如：卡爪淬火冷卻時溫度場十分復雜，由于厚薄相差懸殊，溫差很大，淬火時容易開裂，需要采用預冷--水淬--油冷或預冷--水淬--自回火等復雜的操作方法。在相繼進行的不同冷卻階段中，表面換熱系數相差幾個數量級，只有采用界面換熱條件劇變的處理方法，才能較好地模擬卡爪的淬火冷卻過程，才能正確地預測淬火后的組織分布和性能分布。試驗表明，模擬結果與實測結算基本相符，在生產應用中收到了避免淬火開裂、合格率達到100%的效果。此外，清華大學、大連理工大學等在淬火冷卻過程計算機模擬方面也都進行大量的研究工作。實際工件的淬火冷卻是一個十分復雜的過程，涉及到溫度場、相變場、應力／應變場和流體場的瞬間變化和交互影響。在計算機模擬中，要全面考慮溫度變化引起的應力和應變、相變的體積效應、相變塑性、應力對相變動力學的影響、物性參數隨溫度的變化、介質的動態特性和濕潤過程等多種因素的影響。因此，獲得與實際情況相吻合的物性參數和邊界條件是模擬的前提。雖然，與淬火冷卻過程計算機模擬相關的基礎理論研究工作近些年來發展很快，但是，模擬工作仍是一個不斷完善、基礎數據的測試與積累和與實際工件對比修正的過程。盡管許多模擬與實際還存在較大的誤差，但模擬與必要的實際工件測試或熱物理過程模擬相結合，可成為研究淬火冷卻機制和制訂工藝參數的有效決策工其。本文參考《淬火冷卻技術及淬火介質》一書。

常見問題