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D406A钢焊接构件梯度场热处理过程的数值模拟及晶粒细化

作　者: 古婉力
导　师: 孙东立
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: D406A钢 梯度场热处理 温度场 应力场 细化晶粒
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文采用有限元法对D406A筒形焊接构件梯度场热处理中温度场和应力场的分布和演变规律进行了模拟计算，并根据试验条件设计并验证了D406A板材焊接构件的温度梯度，在梯度场热处理条件进行了循环热处理细化焊接接头组织晶粒实验，分析了热处理工艺、细化效果及机理。通过建立D406A筒形焊接构件梯度场热处理的有限元模型，发现在热处理过程中，温度沿工件轴向呈现梯度分布，焊缝和热影响区可达到相变温度以上。应力沿轴向呈梯度分布；焊缝处的应力值大于基体，当冷却至室温时，焊缝处的轴向残余应力为压应力状态，值为46.9MPa，基体轴向残余应力为拉应力状态，最大值为16.9MPa；冷却结束时，径向位移沿焊缝对称分布，焊缝中心处位移最大，为0.76mm；工件轴向变形均是伸长，最终伸长量为0.5mm。通过对梯度场热处理的重要工艺参数加热面积的研究表明，增加局部加热区的面积，可以增大发生相变的区域，同时可以有效减小残余应力和抑制残余变形。本文又针对实际试验需求，通过加入循环冷却水的条件设计了符合要求的温度梯度，与用梯度场热处理炉得到的实验结果进行对照，计算结果与实验结果基本符合。通过在梯度场热处理条件下的循环热处理细化晶粒实验表明，在加热温度920℃、保温时间10min的工艺下进行等温α γ循环相变，经3-5次循环后，晶粒得到明显细化，焊缝区由柱状组织细化为6级的等轴晶，热影响区由3-7级细化到7-10级，晶粒尺寸为10-26μm。而在等温循环热处理细化晶粒的基础上提出了变温循环热处理，经过3次变温循环热处理后，晶粒度达到9-11级，晶粒尺寸细化到8-17μm，与等温循环结果相比，各区域之间差距较小，并减少了循环次数。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-25
  1.1 课题背景  10
  1.2 D406A 钢简介  10-11
  1.3 热处理过程的数值模拟  11-14
    1.3.1 基本原理和方法  11-12
    1.3.2 国内外研究现状  12-13
    1.3.3 存在的普遍问题  13-14
    1.3.4 发展趋势  14
  1.4 有限元方法  14-20
    1.4.1 有限元法概述  14-15
    1.4.2 有限元法基本原理  15-16
    1.4.3 有限元方法优缺点  16-17
    1.4.4 有限元软件 ANSYS  17-20
  1.5 钢的晶粒细化技术  20-24
    1.5.1 形变诱导相变细化  21
    1.5.2 形变热处理细化  21-22
    1.5.3 循环加热淬火细化  22
    1.5.4 磁场或电场处理细化  22-23
    1.5.5 合金化细化  23
    1.5.6 快速加热和奥氏体相变重结晶细化  23-24
  1.6 本论文研究目的和研究内容  24-25
第2章 理论计算及试验方法  25-36
  2.1 理论计算方法  25-35
    2.1.1 温度场计算基本原理  25-33
    2.1.2 应力场计算基本原理  33-35
  2.2 试验方法  35-36
    2.2.1 显微组织观察  35
    2.2.2 晶粒尺寸及晶粒度测试  35-36
第3章 D406A 钢筒形焊接构件梯度场热处理过程的数值模拟  36-49
  3.1 材料及工艺选择  36-37
  3.2 有限元模型的建立  37-38
  3.3 计算方法  38
  3.4 计算结果和讨论  38-44
    3.4.1 温度场计算结果  38-40
    3.4.2 组织转变  40-41
    3.4.3 应力场及变形计算结果  41-44
  3.5 加热面积对热处理过程的影响  44-47
  3.6 小结  47-49
第4章 D406A 钢温度梯度设计及验证  49-54
  4.1 引言  49
  4.2 温度梯度的设计  49-52
    4.2.1 计算模型  49-50
    4.2.2 计算结果  50-52
  4.3 实验验证  52-53
  4.4 小结  53-54
第5章 D406A 钢焊接构件循环热处理细化晶粒工艺研究  54-70
  5.1 引言  54
  5.2 D406A 钢焊接接头组织形貌  54-56
  5.3 热处理工艺对相变重结晶的影响  56-57
    5.3.1 加热温度对相变重结晶的影响  56-57
    5.3.2 保温时间对相变重结晶的影响  57
  5.4 循环热处理细化晶粒效果及机理研究  57-63
    5.4.1 热处理工艺  57-58
    5.4.2 晶粒细化效果  58-62
    5.4.3 晶粒细化机理  62-63
  5.5 优化工艺研究  63-65
  5.6 晶粒细化过程的模拟  65-68
    5.6.1 元胞自动机模型的建立  65-67
    5.6.2 模拟结果  67-68
  5.7 小结  68-70
结论  70-71
参考文献  71-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 各种金属材料和构件的焊接 > 金属材料的焊接 > 钢
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