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空冷条件下金属相变潜热对组织转变的影响研究

作　者: 刘毅
导　师: 陈连生
学　校: 河北理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 相变潜热 数值分析 心部 空冷 DSC
分类号: TG111.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 182次
引　用: 1次
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内容摘要


金属相变时伴随相变潜热的释放。金属材料相变潜热将影响材料本身的组织转变,而组织转变过程又影响相变潜热的释放量,两者相互影响。以精确描述奥氏体相变过程为目的,对轧后采取空冷工艺条件下的奥氏体相变过程进行研究,深入的分析研究奥氏体相变过程中相变潜热对组织转变的影响。在对圆钢轧后空冷状态下的表面温降过程的基础上,在实验室采用埋偶法直接测定40Cr和低铌钢试样心部温降规律。其目的是为了排除轧件心部对表面的反热影响更精确反映相变潜热的影响。通过实验得到了冷却过程中的心部温降曲线、心部的冷却速率,判断了金属相变开始与结束温度,并与40Cr钢的CCT曲线上相变点进行了对比。以实际生产中热轧圆钢后的空冷过程为计算条件,以40Cr为研究对象,考虑了热传导、辐射、对流等热损失过程,以及相变过程相变潜热的释放等,利用有限单元法建立了圆钢40Cr瞬态温度场模型。计算了整个空冷过程中轧件横断面的温度分布和冷却速度分布,得到了圆钢在考虑相变潜热和未考虑相变潜热两种情况内部温度随时间变化的规律,为分析考虑相变潜热的组织模拟与预报的奠定了基础。采用反算法对相变热焓进行计算并与综合热分析仪(DSC)实验结果相对比,并且对恒速冷却试件与实际空冷试样进行金相组织观察对比。以温度场模拟为基础上,对是否考虑相变潜热两种情况计算相变过程,得到了相变潜热对各相的体积分数影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
引言  9-10
第1章 文献综述  10-18
  1.1 过冷奥氏体的转变  10-11
  1.2 组织—性能控制与预测研究现状  11-14
    1.2.1 温度场的研究现状  11-12
    1.2.2 奥氏体相变行为的研究现状  12-14
  1.3 相关研究  14-16
    1.3.1 在膨胀曲线上确定相变临界温度的方法  14-15
    1.3.2 一种新型的相变特征点判断方法  15-16
  1.4 研究目的、内容及意义  16-18
第2章 空冷状态下轧件冷却曲线的研究  18-26
  2.1 实验设备及原理  18-19
  2.2 实验方案  19-20
  2.3 实验结果与分析  20-26
第3章 数值模拟基本理论  26-34
  3.1 有限单元法简介  26-27
  3.2 传热学的基本理论  27-31
    3.2.1 热传导方程  27
    3.2.2 热对流方程  27-28
    3.2.3 热辐射方程  28
    3.2.4 导热偏微分方程  28-31
  3.3 边界条件  31-32
  3.4 相变潜热的解决方法介绍  32-34
第4章 棒材空冷过程中温度场的模拟  34-48
  4.1 ANSYS/LS-DYNA 有限元分析软件简介  34
  4.2 温度场模型的建立  34-40
    4.2.1 有限元模型的建立  35-36
    4.2.2 网格的划分  36-37
    4.2.3 施加载荷计算  37-38
    4.2.4 求解  38-40
  4.3 温度场模型的计算条件  40-44
    4.3.1 初始条件  40
    4.3.2 材料热物性参数的选择  40-41
    4.3.3 材料热交换系数的测定与选择  41-43
    4.3.4 相变潜热的补热法计算  43-44
  4.4 模拟结果与分析  44-48
第5章 空冷状态下相变过程的模拟  48-63
  5.1 相变模拟的具体思路  48
  5.2 相变模型的选择  48-52
    5.2.1 相变孕育期的计算  49-50
    5.2.2 相变体积分数的计算  50-51
    5.2.3 相变热焓值的反算  51-52
    5.2.4 计算结果分析  52
  5.3 实验原理  52-59
    5.3.1 实验设备原理  52-55
    5.3.2 差热曲线方程  55-58
    5.3.3 实验方案  58-59
  5.4 实验结果与分析  59-63
    5.4.1 DSC 曲线分析  59-61
    5.4.2 金相组织分析  61-63
结论  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
导师简介  68-69
作者简介  69-70
学位论文数据集  70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属学（物理冶金） > 金属物理学 > 金属固体相结构和相转变
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