论文部分内容阅读
本文主要研究Fe基材料真空渗碳过程组织结构演变规律,主要分为:真空管式炉渗碳和电磁感应真空渗碳。在真空管式炉渗碳方面:对Fe基试样升温降温、相分布、晶粒变化、硬度分布和应力变化等进行数值模拟研究,建立了真空管式炉渗碳数值模型,为真空管式炉渗碳工艺优化提供了理论依据;通过XRD、OM、SEM、EDS、3D形貌和硬度方面的检测及分析,结合数值模拟和实验,系统研究了Fe基材料真空渗碳过程的组织演变规律。在电磁感应真空渗碳方面:为了获得理想的温度场,设计了三种线圈结构,建立了线圈结构与温度场的数值模型,为电磁感应加热温度场优化提供了理论依据;电磁感应真空渗碳是真空渗碳和电磁感应加热技术的创新集合,即在真空渗碳的基础上,通过电磁感应产生焦耳热加热金属的一种新型渗碳法,该渗碳法可以明显缩短渗碳周期、且渗层组织优异。其次,对于化学热处理过程中的金属基体来讲,电磁场会起到促进活性碳原子的吸附和扩散、减少表层碳化物聚集等有益作用,采用与真空管式炉相同的工艺与检测分析手段,研究两种加热方式对组织演变规律及性能的影响机制。为了进一步阐明真空渗碳机制,本论文在国家自然科学基金项目资助下,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究真空渗碳过程组织演变规律及性能。具体内容如下:1.采用DT2钢作为实验材料,其目的是排除其他合金元素对真空渗碳过程的影响。利用DEFORM及JMat Pro软件,对DT2钢的热物理学参数及真空管式炉渗碳过程中硬度分布、碳浓度分布、相分布、应力分布等方面进行深入研究,分析真空管式炉渗碳组织演变规律,得到碳浓度随时间呈锯齿形上升曲线,截面碳浓度从表层向心部逐渐降低并在距表层4.5 mm处降为基体碳浓度(0.01 wt%)。2.通过真空管式炉实验验证数值模拟结果的可靠性,同时进一步对真空管式炉渗碳组织演变规律进行研究。研究表明:数值模拟结果在硬度,相分布及碳浓度趋势上与实验结果相符,验证了数值模型的可靠性;试样截面存在明显条状碳化物以及表层具有大量疏松块状碳化物,同时渗碳前表面粗糙度为274 nm渗碳后粗糙度为4μm。3.为了获得合理的试样温度分布进行电磁感应真空渗碳,设计了等间距线圈、变间距线圈及变半径线圈,通过建立数值模型分析了三种线圈结构的加热效率及在不同电流频率及电流密度下,试样轴向温差及径向温差的变化规律,利用实验验证了数值模型的可靠性,得到温度随时间的变化曲线是非线性变化,同时线圈周围磁场密度是动态变化及变半径线圈可以获得合理的温度场。4.通过电磁感应真空渗碳实验,研究组织演变规律,同时分析两种加热方式对于渗碳组织及性能的影响。研究表明:试样组织相较于真空管式炉渗碳截面无明显条状碳化物存在且表层形成致密碳化物无疏松组织,渗碳后表面粗糙度仅为2μm。