20CrMnTi钢齿轮渗碳淬火的数值模拟与实验验证

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.011

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (1): 59-63.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.011

20CrMnTi钢齿轮渗碳淬火的数值模拟与实验验证

赵爱彬(), 张园园, 李荣华

辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2020-10-18 修回日期:2020-11-22 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-07
作者简介:赵爱彬（1980⁃），女，硕士，讲师，从事材料热处理工艺及数值模拟方面的研究；E⁃mail：zhao_aibin@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金项目(52001153)

Numerical Simulation and Experimental Verification of Carburizing⁃Quenching of Gear Made of 20CrMnTi Steel

Aibin Zhao(), Yuanyuan Zhang, Ronghua Li

School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2020-10-18 Revised:2020-11-22 Published:2022-02-28 Online:2022-03-07

摘要/Abstract

摘要：

采用DEFORM?HT软件，对20CrMnTi钢齿轮的渗碳、淬火热处理工艺过程进行模拟，得出其渗碳后表层到心部碳质量分数变化。分析淬火后马氏体组织变化，并分析淬火后残余应力，选择适当的淬火冷却介质，通过试验测定其金相组织及表面至心部的洛氏硬度。结果表明，金相组织、洛氏硬度与模拟预测结果较吻合，对生产具有一定的指导意义。

关键词: DEFORM?HT, 20CrMnTi, 渗碳, 淬火, 残余应力

Abstract:

In this paper, the heat treatment process of carburizing and quenching of 20CrMnTi steel gear was simulated by DEFORM?HT software, and the carbon mass fraction change from the surface layer to the core after carburization was obtained. The changes in the martensite structure after quenching were analyzed, the residual stress after quenching was analyzed, the appropriate quenching cooling medium was selected, and the metallographic structure and the Rockwell hardness from the surface to the core were measured through experiments. The results show that the metallographic structure and Rockwell hardness are in good agreement with the simulation results, which have certain guiding significance for production.

Key words: DEFORM?HT, 20CrMnTi, Carburizing, Quenching, Residual Stress

中图分类号:

TG162.73

赵爱彬, 张园园, 李荣华. 20CrMnTi钢齿轮渗碳淬火的数值模拟与实验验证[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 59-63.

Aibin Zhao, Yuanyuan Zhang, Ronghua Li. Numerical Simulation and Experimental Verification of Carburizing⁃Quenching of Gear Made of 20CrMnTi Steel[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(1): 59-63.

图/表 10

图1 热处理齿轮

表1 20CrMnTi钢化学成分 (%)

指标	数值
w(C)	0.21
w(Si)	0.32
w(Mn)	0.92
w(S)×10	0.06
w(P)×10	0.09
w(Cr)	1.10
w(Ni)	0.03
w(Ti)	0.04

图2 三维软件建立的齿轮模型

图3 齿轮模型中选择的单个轮齿

图4 网格划分

图5 表层到心部碳质量分数变化

图6 表层到心部马氏体体积分数变化

图7 油淬/水淬后残余应力

图8 渗碳淬火后组织

图9 硬度的实测值与模拟值

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