模拟结果与分析

二、模拟结果与分析

1．油冷模拟计算结果

图5－5为P1、P2、P3三点在油中淬火时的冷却曲线图(P1、P2、P3的位置如图5－4所示)，可以看出，在油中淬火的冷却速度较快，而且不同部位的冷却速度相差较大，正是由于这种冷却速度的不均匀性，导致了淬火工件中存在较大的温度梯度，从而产生内应力，这种内应力极有可能导致盘件的畸变和开裂。

图5－5　油冷盘中沿径向各点冷却曲线

图5－6给出了上述三点冷却曲线与CCT曲线的比较。可以看出，在整个冷却过程中，P1点的冷却速度最大，而P2点和P3点的冷却速度基本一致，在达到马氏体相变点时，三者的冷速均减缓，这是由发生马氏体转变而释放的相变潜热造成的。但在整个冷却过程中，三点的冷却速度均远远大于1000℃/h，根据钢的CCT曲线可知，以1000℃/h的速度冷却时并没有珠光体和贝氏体生成，得到的是全马氏体。因而可以推断，在油中淬火不会发生珠光体和贝氏体转变，得到的是全马氏体。

2．空冷模拟计算结果

空冷时冷速缓慢，不同部位的冷却速度相差不大，正是由于这种冷却速度的一致性，保证了淬火工件中温度场的均匀性。图5－7为空冷100min时的温度分布等值线图，可以看出盘中温度较为均匀。

图5－8给出了上述三点冷却曲线与CCT曲线的比较，可以看出，在高温下，P1点的冷却速度略大，而P2点和P3点的冷却速度基本一致，在达到马氏体相变点时，三者的冷速基本上达到一致。但在整个冷却过程中，两点的冷却速度均大于200℃/h。根据钢的CCT曲线可知，以200℃/h的冷速冷却时并没有珠光体和贝氏体生成，得到的是全马氏体。因而可以推断，空冷也不会发生珠光体和贝氏体转变，得到的是全马氏体。

图5－6　油冷冷却曲线与CCT曲线的比较

图5－7　空冷100min温度分布

图5－8　空冷冷却曲线与CCT曲线的比较

3．强吹风模拟计算结果

图5－9为强吹风时P1、P2、P3三点的冷却曲线图，可以看出，其强吹风时各点的冷速介于油冷和空冷之间。

图5－10给出了上述三点冷却曲线与CCT曲线的比较，可以看出，P1点的冷却速度较大，而P2点和P3点的冷却速度较为缓慢。冷却过程中，三点的冷却速度介于1.98℃/s和1000℃/ h之间。根据CCT曲线可知，以1000℃/h的速度冷却时并没有珠光体和贝氏体生成，得到的是全马氏体。因而可以推断，强吹风冷却不会发生珠光体和贝氏体转变，得到的是全马氏体。

图5－9　风冷盘中沿径向各点冷却曲线

图5－10　风冷冷却曲线与CCT曲线的比较

4．工艺比较与实验验证

图5－11给出了在油冷、风冷和空冷三种不同情况下，盘件中冷却较快的P1点的冷却曲线比较图。

图5－11　不同淬火工艺下P1点冷却曲线比较

可以看出，在空气中自然冷却速度最慢，油冷最快，而强吹风冷速在这两者之间。由于在空气中冷却最为缓慢，故冷却过程中，锻件内部温度分布较为均匀，热应力和组织应力较小，不会产生太大的内应力，而油冷则相反，由于冷却过程剧烈，并且由于盘件体积较大，因而极易产生较大的热应力和组织应力，从而导致盘件的畸变甚至开裂等淬火缺陷。

由以上的分析比较可以看出，在空气中冷却不仅可以保证得到全马氏体组织，而且淬火畸变和开裂的倾向性也较小，因而提出在空气中自然冷却的淬火工艺方案。实际生产采用此方案后得到的是全马氏体组织，技术性能指标完全符合要求，并且无淬火畸变和开裂等缺陷，从而验证了模拟结果的可靠性。图5－12为压气机盘上所取试样环的金相组织照片，可以看出其微观组织为全马氏体。

图5－12　试样环金相组织照片

通过上述试验可得出如下结论。

(1)现场测试了同一钢种某调节环的冷却过程，根据实验所测得的温度数据，反推出了符合实际的空气换热系数。

(2)模拟了压气机盘在三种不同淬火介质中的淬火冷却过程，模拟结果表明，在不同淬火介质中均可以得到全马氏体组织。但由于空冷时温差较小，减小了因淬火应力而导致变形和开裂的可能性，故提出了在空气中冷却的淬火工艺方案。

(3)实际生产采用了在空气中冷却的淬火工艺方案，技术性能指标完全符合要求，通过试样环的金相组织观察可以看出，其组织为全马氏体，从而验证了数值模拟的可靠性。