一种高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法与流程

文档序号:12111871阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

步骤1,进行(A)和(B),(A)和(B)无先后顺序:

(A)确定模拟试样尺寸:

以标准冲击试样的尺寸为基准,确定模拟试样尺寸:

标准冲击试样为长方体,设:长方体底面的长为H,长方体底面的宽为H,长方体的高为H

模拟试样的结构为一体式结构,模拟试样由模拟长方体、2个阶梯台和2个夹持端组成,在模拟长方体的两个底面的两侧分别设置有相同的阶梯台,阶梯台的两侧分别设置有相同的夹持端,阶梯台和夹持端均为长方体,设:

模拟长方体的长与标准冲击试样的长平行,模拟长方体的宽与标准冲击试样的宽平行,模拟长方体的高与标准冲击试样的高平行,模拟长方体的高成为自由跨度,阶梯台的长与模拟长方体的长平行,阶梯台的宽与模拟长方体的宽平行,阶梯台的高与模拟长方体的高平行,夹持端的长与模拟长方体的长平行,夹持端的宽与模拟长方体的宽平行,夹持端的高与模拟长方体的高平行;设:

模拟长方体的长为H模拟长,模拟长方体的宽为H模拟宽,模拟长方体的高为H模拟高

阶梯台的长为H阶长,阶梯台的宽为H阶宽,阶梯台的高为H阶高

夹持端的长为H夹长,夹持端的宽为H夹宽,夹持端的高为H夹高

则:

2×(H夹高+H阶高)+H模拟高≤80mm;

H模拟高≥10mm;

H模拟长=H+Δh

H模拟宽=H+Δh

H阶长=H+Δh

H阶宽=H+Δh

H夹高满足热力模拟试验机夹具的夹持要求;

H夹长=H+Δh

H夹宽=H+Δh

其中:Δh为模拟长方体长和宽的微调,Δh为阶梯台长和宽的微调,Δh为夹持端长和宽的微调,Δh>Δh>Δh

(B)确定热力模拟过程中的高温形变及热处理工艺参数,包括加热方式、加热温度、加热速度、保温时间、变形温度、变形量、应变速率、冷却方式、冷却温度、冷却速度和冷却等温时间:

步骤2,在模拟试样的模拟长方体表面焊接热电偶:

(1)在模拟长方体侧表面,选定一个长和高构建的表面或宽和高构建的表面,确定2组K型热电偶的4个焊接点:该表面的中心点,为第一主热电偶焊接点;沿垂直于模拟长方体的高的方向上,距离中心点距离为D的点为第二主热电偶焊接点;沿平行于模拟长方体的高的方向上,第一主热电偶焊接点平移距离L的点,为第三辅助热电偶焊接点;沿平行于模拟长方体的高的方向上,第二主热电偶焊接点平移距离L的点,为第四辅助热电偶焊接点;其中,距离D为偶丝直径的4~10倍,距离L满足关系式,H模拟高:L≥4;

(2)分别将两条主热电偶的偶丝的一端,焊接在第一主热电偶焊接点和第二主热电偶焊接点上;分别将两条辅助热电偶的偶丝的一端,焊接在第三辅助热电偶焊接点和第四辅助热电偶焊接点上;其中,焊接时,主热电偶的两条偶丝根部和辅助热电偶的两条偶丝的根部均与被焊接的模拟长方体侧表面垂直;

步骤3,将模拟试样安装到热力模拟机上:

(1)用两个夹具分别夹紧模拟试样的两个夹持端,并将夹具固定在热力模拟试验机操作箱内的试样夹紧装置上;

(2)分别将两条主热电偶的偶丝的另一端,连接到操作箱内的一组内接线柱的正极和负极上;分别将辅助热电偶的偶丝的另一端,连接到操作箱内的另一组内接线柱的正极和负极上;

步骤4,对模拟试样进行加热处理:

对热力模拟试验机操作箱抽真空,设定加热方式、加热速率、加热温度和保温时间,启动夹具的冷却装置,对模拟试样进行加热处理;在保温过程中,主热电偶实测温度为T,辅助热电偶实测温度为T,通过(a)或(b)的调控方法满足T-T≤5,具体的调控方法为:

(a)当T-T≤5不成立时,中止试验,更换夹具,选择具有低导热性能的夹具,重新开始步骤3;

(b)当T-T≤5不成立时,中止试验,重新调整辅助热电偶的焊接位置,缩小与主热电偶的距离L,重新开始步骤2;

当T-T≤5成立时,则在模拟长方体上确定模拟试样加热后的均温区:以第一主热电偶焊接点为对称中心,找到第三辅助热电偶焊接点的对称点,称为第五热电偶焊接点,那么在模拟长方体上,第三辅助热电偶焊接点所在横截面与第五热电偶焊接点所在横截面之间的区域,称为模拟试样加热后的均温区;即模拟试样加热后的均温区的高与模拟长方体的高平行且高为2L;

步骤5,对模拟试样进行压缩试验:

(1)模拟试样经加热和保温后,热力模拟试验机根据设定变形温度、变形量、应变速率,对模拟长方体进行压缩变形,压缩变形结束后在均温区域内产生镦粗区,设紧邻模拟长方体两侧的阶梯台台面之间的距离为H压缩高,则:

实际变形量=H模拟高-H压缩高

实际变形程度=(H模拟高-H压缩高)/H模拟高×100%;

(2)在模拟长方体上确定模拟试样压缩后的均温区,在压缩后的模拟长方体上,第三辅助热电偶焊接点所在横截面与第五热电偶焊接点所在横截面之间的区域,称为模拟试样压缩后的均温区;

步骤6,对模拟试样进行冷却处理:

模拟试样热压缩变形完成后,热力模拟试验机根据设定的冷却方式、冷却温度、冷却速度和冷却等温时间等冷却工艺参数,对模拟长方体进行热处理;

步骤7:模拟试样表面观察:

模拟试样热处理结束后,取下模拟试样,将镦粗区放大20倍及以上倍数,观察其表面是否出现裂纹:

如有裂纹,更换模拟试样后,重新开始步骤2;

如无裂纹,进行步骤8;

步骤8,用标准冲击试样验证冲击过程是否有效:

(1)以模拟试样的第一主热电偶焊接点所在横截面对应标准冲击试样的中心截面,将模拟试样加工成标准冲击试样,在标准冲击试样的中部位置开V型口或U型口并标注其均温区的范围,其中,标准冲击试样的均温区确定方法:以模拟试样的第一主热电偶焊接点所在横截面对应标准冲击试样的中心截面,标准冲击试样对应模拟试样压缩后的均温区的部分,称为标准冲击试样的均温区;

(2)用摆锤冲击试验机或落锤冲击试验机对标准冲击试样进行冲击试验,将标准冲击试样冲断;

(3)将冲断的标准冲击试样拼接起来,观察断裂面是否在标准冲击试样均温区范围内;

如果断裂面处于标准冲击试样均温区范围内,则表明热力模拟过程成立,进而确定高强度汽车钢形变热处理参数:加热方式、加热温度、加热速率、保温时间、变形温度、变形量、应变速率、冷却方式、冷却温度、冷却速率和冷却等温时间工艺参数,即为热力模拟过程中模拟试样的对应参数;

如果断裂面超出标准冲击试样均温区范围,进行(c)或(d)后,重新开始步骤4,直至断裂面处于标准冲击试样均温区范围内;

(c)更换夹具,选择具有低导热性能的夹具,使得均温区增大,从而调整辅助热电偶的焊接位置,扩大与主热电偶的距离L;

(d)增大模拟长方体的高度,按照H模拟高:L≥4关系式,相应调整辅助热电偶的焊接位置,扩大与主热电偶的距离L。

2.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤1中,高强度汽车钢的抗拉强度大于等于1000MPa,表征冲击韧性的室温冲击功小于等于100J。

3.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤1中,标准冲击试样的长为10mm,标准冲击试样的宽为10mm、7.5mm、5.0mm或2.5mm,标准冲击试样的高为55mm,H阶高≥1.5mm,Δh≥0.5mm。

4.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤1中(B)中,确定高强度汽车钢的加热方式、加热温度、加热速度和保温时间:加热方式为连续加热或阶梯分段加热,加热温度比高强度汽车钢的Ac3温度高20~100℃,加热速度小于等于12℃/s,保温时间大于等于5min;确定高强度汽车钢的变形温度、变形量和应变速率:变形量以模拟长方体的高为标准,根据变形程度确定,应变速率小于等于10s-1,变形温度小于或等于加热温度;确定高强度汽车钢的冷却方式、冷却温度、冷却速度和冷却等温时间:冷却方式为连续冷却或Q&P淬火-配分型阶梯冷却;对于连续冷却工艺,没有冷却等温时间要求,冷却速度高于材料的临界冷却速度,冷却温度低于材料的Ms温度,以实现马氏体相变,在室温下获得马氏体微观组织;对于Q&P淬火-配分型阶梯冷却工艺,冷却参数包括淬火温度、淬火冷却速度、配分温度、配分时间和终冷温度,其中,淬火温度低于材料的Ms温度,配分温度大于等于淬火温度,冷却等温时间为配分时间,根据碳原子的配分,即马氏体相变过程中碳原子由马氏体向残余奥氏体的扩散迁移效果来确定,淬火冷却速度高于材料的临界冷却速度,以实现马氏体相变,最终在室温下获得由马氏体和具有较高体积分数的残余奥氏体构成的微观组织。

5.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤2中,K型热电偶为镍铬K型热电偶。所述的镍铬K型热电偶的偶丝直径为0.25mm,D为1~2.5mm。

6.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤3中,夹具为梯形夹具。

7.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤4中,对热力模拟试验机操作箱抽真空至真空度≤10Pa。

8.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤4中,加热过程对模拟试样进行低频电流加热,其电流频率为50~60Hz。

9.根据权利要求1所述的高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法,其特征在于,所述的步骤7中,采用放大镜将镦粗区放大。

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