.1230 北京科技大学学报 第29卷 图4说明轴承钢淬火过程中马氏体转变模拟是准确 至室温27℃，工件的几何结构及网格划分见图6. 的，采用有限元方法模拟材料淬火过程是可行的， 各层材料的热物理性能如图7一9所示，力学性能见 1000 表29-101 8009 一模拟值 TC4 ·实际测量值 (b) E 600 GCrls 400 TC4 200 CCrl5 0 200 40060080010001200 时间s ◆40mm 图3点Q处温度的计算值与实验值的比较 (a) Fig.3 Comparison of calculated and measured temperatures at point O as labeled in Fig.2 图6模拟工件的几何模型及有限元网格划分.(a)整体图：(b) 中间层 300 Fig.6 Axial sectional geometry and finite element mesh of the sim- 250 ulated workpiece:(a)whole structure;(b)interlayer 200 3 150 20 一模拟值 100 ·实际测量值 18 50 16 --TC4 14 --V 4.59.013.518.022.5 4-Cu 距表面中心点距离mm 12 -Ni 10 图4轴承钢表面残余应力计算值与实验值的比较 200 4001600800 Fig-4 Comparison of calculated and measured residual stresses on 温度/℃ the top surface of the GCr15 workpiece 图7材料的线膨胀系数0) 2多层材料淬火过程模拟 Fig.7 Linear expansibility of materials 图5是焊接接头处多层材料SEM形貌图，从 400 图中可见，各层材料之间的扩散带较小，因此模拟中 300 忽略层与层之间的互扩散层，所用模拟材料的整体 -■-TC4 --y 尺寸为40mm×15mm.其中，TC4厚7.5mm;中 200 -4-Cu --Ni 间依次为钒厚80m,铜厚35m,镍厚60m;其余 100 为轴承钢，选用二维轴对称方法进行模拟，热处理 工艺为：奥氏体化温度为860℃，保温30min,油淬 200 400600 800 温度/℃ 图8材料的导热率 Fig.8 Thermal conductivity of materials 表2材料的力学性能10 TC4V Cu Ni GCr1s Table 2 Mechanical properties of materials 密度， 屈服强度， 弹性模量， 材料 泊松比 /(kgm-3) 60.2/MPa E/GPa TC4 4430 0.33 815.0 148.0 6110 0.37 450.0 138.6 图5多层结构的SEM照片 Cu 8940 0.34 133.3 156.0 Fig.5 SEM microphotograph of multilayers Ni 8890 0.31 59.0 243.0图4说明轴承钢淬火过程中马氏体转变模拟是准确 的‚采用有限元方法模拟材料淬火过程是可行的． 图3 点 Q 处温度的计算值与实验值的比较 Fig．3 Comparison of calculated and measured temperatures at point Q as labeled in Fig．2 图4 轴承钢表面残余应力计算值与实验值的比较 Fig．4 Comparison of calculated and measured residual stresses on the top surface of the GCr15workpiece 图5 多层结构的 SEM 照片 Fig．5 SEM microphotograph of multilayers 2 多层材料淬火过程模拟 图5是焊接接头处多层材料 SEM 形貌图．从 图中可见‚各层材料之间的扩散带较小‚因此模拟中 忽略层与层之间的互扩散层．所用模拟材料的整体 尺寸为 ●40mm×15mm．其中‚TC4厚7∙5mm；中 间依次为钒厚80μm‚铜厚35μm‚镍厚60μm；其余 为轴承钢．选用二维轴对称方法进行模拟．热处理 工艺为：奥氏体化温度为860℃‚保温30min‚油淬 至室温27℃．工件的几何结构及网格划分见图6． 各层材料的热物理性能如图7～9所示‚力学性能见 表2［9—10］． 图6 模拟工件的几何模型及有限元网格划分．（a） 整体图；（b） 中间层 Fig．6 Axial sectional geometry and finite element mesh of the sim￾ulated workpiece： （a） whole structure；（b） interlayer 图7 材料的线膨胀系数［10］ Fig．7 Linear expansibility of materials 图8 材料的导热率［10］ Fig．8 Thermal conductivity of materials 表2 材料的力学性能［10］ Table2 Mechanical properties of materials 材料 密度‚ ρ／（kg·m —3） 泊松比 屈服强度‚ σ0∙2／MPa 弹性模量‚ E／GPa TC4 4430 0∙33 815∙0 148∙0 V 6110 0∙37 450∙0 138∙6 Cu 8940 0∙34 133∙3 156∙0 Ni 8890 0∙31 59∙0 243∙0 ·1230· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷