运用DEFORM的连续冷却转变曲线数值仿真摘要:为测定过冷奥氏体的连续冷却转变(ContinuousCoolingTransformation,CCT)曲线,运用有限元软件DEFORM,在考虑变物性参数和相变的基础上,获得轴承钢GCr15的等温转变(TimeTemperatureTransformation,TTT)曲线;运用孕育期叠加原理,对温度场、应力—应变场和组织场等进行耦合计算,得到轴承钢GCr15在冷却过程中每个瞬间的温度、组织转变情况,绘出CCT曲线.仿真结果与实测的CCT曲线相符,表明该方法可为新型材料CCT曲线的绘制提供新的有效途径.关键词:DEFORM;连续冷却转变;相变;换热系数中图分类号:TG162.7;TP391.9文献标志码:AUsingDEFORMfornumericalsimulationofCCTcurveDONGDashan,SUNRuzhong,QIAOZhen(LogisticsEngineeringCollege,ShanghaiMaritimeUniv.,Shanghai201306,China)Abstract:TomeasuretheContinuousCoolingTransformation(CCT)curveofsupercooledaustenite,theTimeTemperatureTransformation(TTT)curveofthebearingsteelGCr15isobtainedbyusingthefiniteelementsoftwareDEFORMonthebasisofconsideringthethermalpropertyandphasetransformation.ThetemperatureandmicrostructurechangeofthebearingsteelGCr15ateachmomentisobtainedbyapplyingtheincubationperiodsuperpositionprincipletothecouplingcalculationoftemperaturefield,stress-strainfieldandmicrostructurefield,andthentheCCTcurveofthematerialisplottedout.ThesimulationresultisconsistentwiththemeasuredCCTcurve.ItshowsthatthemethodprovidesanewandeffectiveapproachfortheCCTcurveplottingofnewmaterial.Keywords:DEFORM;continuouscoolingtransformation;phasetransition;heattransfercoefficient0引言过冷奥氏体转变动力学图包括等温转变(TimeTemperatureTransformation,TTT)曲线和连续冷却转变(ContinuousCoolingTransformation,CCT)曲线.TTT曲线反映等温冷却下过冷奥氏体的转变规律,由于该曲线的测定温度恒定,其应用受到限制.CCT曲线反映过冷奥氏体在连续冷却条件下的转变规律,更接近实际的热处理条件,但测定比较困难:(1)临界点的确定比较难.目前多采用切线法,即取膨胀曲线直线部分与曲线部分的分离点作为临界点,虽然分离点比较接近真实的转变开始温度和结束温度,但分离点的确定带有一定的随意性,误差较大;(2)奥氏体经过高温、中温和低温连续冷却后得到的金相组织很难观测,由于确定各金相组织所占百分比的各种方法都有其自身的局限性,实际测量中需将几种方法相结合.[1]因此,目前CCT曲线图的数量较少,精确度也比TTT曲线图差.针对这个问题,本文以轴承钢GCr15为试验材料,运用有限元软件DEFORM,根据具体条件对温度场、应力-应变场和组织场进行耦合,并且考虑变物性参数和相变,从而得到试件在冷却过程中各个瞬间的温度和组织转变情况,绘出CCT图.[2]1数值模拟理论基础1.1热传导控制方程及边界条件的处理傅里叶导热方程是固体热传导的控制方程.对于轴对称、考虑相变、非稳态情况下的傅里叶导热方程的表达式[3-4]:ρcpTt=λ2Tr2+Trr+2Tz2+q(1)式中:ρ为材料密度;cp为材料比热容;T为物体的瞬态温度;t为过程进行的时间;λ为材料导热系数;r和z分别为圆柱坐标系下的径向和轴向坐标;q为材料的相变潜热.为得到1个具体问题的唯一解,必须给出相应的初始条件和边界条件:T(r,z,t)t=0=T0(2)-λTns=H(T1-T2)(牛顿对流边界条件)(3)式中:T0为物体的瞬态温度;s为圆柱坐标系下边界;H为综合对流换热系数;T1为物体与介质的接触边界温度;T2为介质温度.1.2等温冷却曲线计算连续冷却曲线的原理在连续冷却的每个温度下均有短暂的孕育期,当冷却至某一温度时,因为这些短暂孕育期的累积效果才能完成孕育而达到成核,奥氏体开始转变.依据TTT曲线运用孕育期叠加原理可得到CCT曲线,原理如下:过冷奥氏体的连续冷却转变可看作由许多温度相差很小的等温转变过程组成,将连续冷却的时间离散成温度相差很小的阶梯,每个阶梯平台可按等温考虑.[5]等温转变条件下组织转变量和时间的关系...