[发明专利]针对大型超高强钢壳体精细化热处理工艺设计方法及系统

权利要求书

1.一种针对大型超高强钢壳体精细化热处理工艺设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：利用仿真软件，根据壳体实际热处理工况，建立G50钢壳体热处理有限元模型；并在所述G50钢壳体热处理有限元模型内设置其模型参数，G50钢壳体热处理有限元模型的模型参数包括零件的材料参数、相变模型、边界条件；

S2：设置G50钢壳体的热处理工艺参数及仿真参数，结合所述热处理工艺参数、仿真参数及模型参数，在不同工艺参数区间进行工艺过程仿真，得到多个不同工艺过程及其对应的零件变形量和微观组织分布；

S3：以零件整体变形量和微观组织分布为依据，对步骤S2得到的多个不同工艺过程进行比较，选择零件整体变形量最小，微观组织分布最优的工艺过程，得到最优的热处理工艺过程；

G50钢壳体热处理有限元模型的模型参数包括零件的材料参数、相变模型、边界条件，其中：

所述零件的材料参数是在不同温度、不同物相下的各类参数，所述零件的材料参数包括热物理参数、机械参数；热物理参数包括比热、密度、热交换系数，机械参数包括屈服强度、杨氏模量、应变强化值；

所述相变模型包括珠光体—〉奥氏体，马氏体—〉奥氏体，贝氏体—〉奥氏体，奥氏体—〉贝氏体，奥氏体—〉珠光体，奥氏体—〉马氏体，奥氏体—〉铁素体相变模型；

所述边界条件包括换热系数，所述换热系数为通过实测壳体或者缩比试样的加热和淬火过程的换热系数；其包括：

在G50钢壳体本体或者缩比试样的特征区域钻孔，布置若干热电偶，利用相应的数据采集装置采集加热和淬火过程的温度随着时间变化的数据；淬火冷却数据导入反求模块，计算换热系数；加热的换热系数的计算公式为：H＝H_k+H_s，H_k为对流换热系数，H_s为辐射换热系数；

对流换热系数计算过程如下：

式中，λ₀为介质导热率；h为工件尺寸；N_u为Nusselt数；

辐射换热系数H_s计算过程如下：

式中，ε由下面公式进行计算：

而ε₀为炉膛耐火材料辐射率；ε_w由下面公式确定

其中A_W，A₀相应为工件、炉膛表面面积；

步骤S2中在给定的工艺参数区间进行工艺过程仿真，得到不同工艺过程及其对应的零件整体变形量和微观组织分布；所述工艺过程仿真通过选择不同的正火、高温回火以及淬火和回火各步仿真值组合进行仿真，得到多个不同工艺过程；其中给定的工艺参数为采用试样优选的工艺区间：

正火：正火温度910℃～930℃，热透后保温1.2～2.5小时，即(1.2～2.5)*D分钟，其中D壳体的有效厚度，保温结束后空冷至200℃以下；

高温回火：高温回火温度为660℃～690℃，热透后保温不少于2小时，即(1.8～3)*D分钟，其中D壳体的有效厚度，保温结束后采用空冷或者随炉冷却方式；

淬火：淬火温度840℃～900℃，热透后保温1～2.5小时，即(1～2.5)*D分钟，其中D壳体的有效厚度，保温结束后采用油冷；油冷至100℃以下后出油空冷；

回火：回火温度200℃～300℃，热透后保温不少于2小时，即(1.8～3)*D分钟，其中D壳体的有效厚度，保温结束后采用空冷或者油冷的方式。

2.根据权利要求1所述的一种针对大型超高强钢壳体精细化热处理工艺设计方法，其特征在于，步骤S1中的利用仿真软件对圆柱形旋转体的G50钢壳体进行有限元处理，得到G50钢壳体热处理有限元模型；其中：

所述G50钢壳体热处理有限元模型是根据零件热处理前的状态而建立的能够反映出实际零件结构特征的有限元模型；且设置模型网格大小和数量。

3.根据权利要求1所述的一种针对大型超高强钢壳体精细化热处理工艺设计方法，其特征在于，步骤S2中的所述工艺过程是分为两个阶段进行工艺处理过程，其中，第一阶段进行正火+高温回火热处理，第二阶段进行淬火+回火热处理。