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热连轧带钢层流冷却过程中相变有限元分析

作　者: 程剑
导　师: 余驰斌
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Q345E钢 CCT曲线 TTT曲线有限元相变
分类号: TG335.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 44次
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内容摘要

近年来，随着计算机技术的快速发展和材料领域理论研究及试验研究的重大突破，热加工冷却过程中的微观组织转变的计算机模拟研究是金属材料加工研究方向的热点之一。本文结合某厂热连轧带钢Q345E，在实验室研究的基础上，采用物理模拟和数值模拟相结合的方法，对轧后冷却过程的温度场及组织演变进行了研究和计算机模拟，对钢材最终组织进行了预报，并对层流冷却工艺上采用边部遮蔽冷却方式进行了分析及探讨。采用物理模拟和软件模拟的方法，研究了Q345E钢的CCT和TTT曲线，并通过金相实验进行了组织分析。组织性能预报技术的关键部分是相变热力学和动力学，因此研究出准确的相变模型非常重要。在参考了大量国内外研究者及课题组其他成员研究成果的基础上，选取了适当的温度模型和JMAK经典相变动力学模型，建立了轧后冷却过程中温度变化及组织性能演变数学模型。根据Q345E钢的热物性参数，建立了层流冷却过程中的有限元模型，利用该模型计算层流冷却过程中的瞬态温度场及组织性能转变，然后利用计算机图形学理论，结合该钢种试样热模拟实验中掌握的组织性能的转变特征，在有限元软件DEFORM-3D的后处理模块中探讨了层流冷却过程中的温度场变化和组织性能转变的规律。最终建立了一套层流冷却过程新工艺计算机模拟系统，为实际生产过程提供理论参考依据。利用该模拟系统研究了层流冷却过程中采用边部遮蔽的冷却方式，组织模拟结果表明，层流冷却后组织为大量铁素体、少量珠光体+贝氏体等组织。并将组织性能模拟结果与实验结果及现场数据进行对比，收到了甚好的效果，从而验证该模拟系统的可靠性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章引言  9-10
  1.1 课题的来源  9
  1.2 研究意义  9-10
第二章文献综述  10-20
  2.1 国内外研究现状  10-11
    2.1.1 国外研究状况  10-11
    2.1.2 国内研究状况  11
  2.2 组织变化的种类  11-13
  2.3 热轧轧后冷却过程中的组织演变行为  13-14
  2.4 组织演变模型  14-15
    2.4.1 变形条件下的相变  14
    2.4.2 相变模型  14-15
  2.5 计算机在热处理中的应用  15-17
  2.6 有限元理论  17-18
    2.6.1 有限元概述  17
    2.6.2 有限无法的基本思想  17-18
    2.6.3 有限元法的理论基础  18
  2.7 DEFORM 软件  18-19
    2.7.1 DEFORM 软件简介及其特点  18
    2.7.2 软件理论基础  18
    2.7.3 软件模块介绍  18-19
  2.8 本文主要研究内容和技术路线  19-20
第三章试验测定和软件模拟绘制 Q345E 的 CCT 及 TTT 曲线  20-26
  3.1 试验材料  20
  3.2 热膨胀法测定 CCT 曲线  20-23
    3.2.1 热膨胀法测定 CCT 曲线  20-22
    3.2.2 实验结果与分析  22-23
  3.3 JMatPro 软件模拟 CCT 和 TTT 曲线  23-25
    3.3.1 JMatPro 软件介绍及特点  23
    3.3.2 软件模拟结果与分析  23-25
  3.4 结论  25-26
第四章热连轧带钢层流冷却有限元建模  26-31
  4.1 Q345E 钢的热物性参数  26-28
    4.1.1 基本参数  26
    4.1.2 热导率  26
    4.1.3 比热容  26
    4.1.4 热交换系数  26-27
    4.1.5 焓值  27-28
  4.2 热轧带钢建模过程  28-30
    4.2.1 网格划分  28-29
    4.2.2 工件的初始化  29-30
    4.2.3 换热系数的设定  30
    4.2.4 热轧带钢层流冷却过程的工艺及流程  30
    4.2.5 计算机模拟的工艺设定  30
    4.2.6 定义分析步及边界条件  30
  4.3 本章小结  30-31
第五章带钢层流冷却过程中的计算机模拟  31-49
  5.1 带钢热连轧层流冷却过程中的传热原理  31-33
    5.1.1 传热学基本原理  31-32
    5.1.2 传热方程的建立  32
    5.1.3 初始条件  32
    5.1.4 边界条件  32-33
  5.2 组织转变量的计算模型  33-38
    5.2.1 采用连续冷却曲线（CCT）模拟  34-36
    5.2.2 采用等温转变曲线（TTT）模拟  36-38
    5.2.3 组织转变的模拟方法的选择  38
  5.3 硬度的预测  38-39
  5.4 温度场模拟  39-43
    5.4.1 Q345E 带钢层流冷却过程中的温度场  39-42
    5.4.2 温度场模拟结果分析  42
    5.4.3 边部遮蔽冷却方式  42-43
  5.5 组织模拟  43-47
    5.5.1 层流冷却过程中组织分布  43-47
    5.5.2 模拟结果分析  47
  5.6 应力分布情况  47-48
  5.7 硬度预测模拟  48
  5.8 本章小结  48-49
第六章全文总结与展望  49-51
  6.1 全文总结  49
  6.2 展望  49-51
参考文献  51-54
致谢  54

热连轧带钢层流冷却过程中相变有限元分析

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