大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范

大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范

国家标准 GB/T37586一2019 大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范 Techniealreguatonforsimulationonheattreatmentpreessof heavsteelforgings 2019-06-04发布 2020-01-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T37586一2019 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 大型锻钢件热处理工艺模拟的基本流程 热处理工艺数值模拟技术规范 热处理工艺物理模拟技术规范 6 安全和卫生 8 热处理工艺模拟报告 附录A(资料性附录大型锻件热处理工艺模拟参考实例
GB/37586一2019 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由全国热处理标准化技术委员会(SAC/Tc75)提出并归口 本标准起草单位:上海交通大学、北京机电研究所有限公司、湖北三环锻造有限公司、上海电气上重 铸锻有限公司、上海市机械制造工艺研究所有限公司、常州新区河海热处理工程有限公司、西安福莱特 热处理有限公司、上海材料研究所 本标准主要起草人:顾剑锋、李俏、代合平、韩利战张智峰、卢军、程莉、殷和平、杨祯
GB/37586一2019 大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范 范围 本标准规定了大型锻钢件热处理工艺模拟的基本流程、热处理工艺的数值模拟技术规范、热处理工 艺物理模拟技术规范、安全和卫生要求以及热处理工艺模拟报告 本标准适用于能源,冶金、运输等行业重型装备用大型锻钢件的淬火、回火、退火和正火工艺模拟， 不适用于化学热处理和表面热处理工艺 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分;室温试验方法 GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法 GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分;试验方法 GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 GB/T6394金属平均晶粒度测定方法 6803铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法 GB 7232金属热处理工艺术语 GB 9452热处理炉有效加热区测定方法 T GB 13298金属显微组织检验方法 GB 13324热处理设备术语 GB GB15735金属热处理生产过程安全、卫生要求 GB/T15749定量金相测定方法 GB/T30825热处理温度测量 GB/T31054机械产品计算机辅助工程有限元数值计算术语 GB/T32541热处理质量控制体系 术语和定义 GB/T7232,GB/T13324和GB/T31054界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 数值模拟numericalsimulation 计算机模拟 结合有限单元法、有限体积法、有限差分法等概念和方法,利用计算机通过数值计算和图像显示的 方法,达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的 注，本标准中指对大型锻钢件在给定热处理工艺过程中温度、组织和应力等物理量的分析,获得它们在大型锻钢件 中分布和演变的详细信息,为大型锻钢件热处理工艺物理模拟提供温度曲线,也可直接作为制定热处理工艺的 依据
GB/T37586一2019 3.2 物理模拟physiealsimulhatonm 通过实验室的物理实验来模拟真实物理过程的方法 通常将实际对象的缩小模型置于实验体(如 加热炉,风洞,水槽等)内,在满足基本相似条件(包括几何、运动,热力,动力和边界条件相似)的基础上 模拟真实过程的主要特征 注1由于所有相似条件不可能完全满足,针对具体要求恰当选取相似参数是实现物理模拟的关键 注2将模拟试样放置于热处理工艺模拟实验炉中,依据数值模拟输出的热处理工艺温度曲线进行热处理,并对大 型锻钢件取样位置热处理后的力学性能与组织进行测试 大型锻钢件热处理工艺模拟的基本流程 大型锻钢件热处理工艺模拟基本流程如图1所示,主要包括热处理工艺数值模拟、热处理工艺物理 模拟两个部分 附录A为大型锻件热处理工艺模拟参考实例 开始 设定大型锻销 件热处理工艺 热处理工艺 满足大型 数值模拟 确定大型锻钢 结束 锻钢件性 件热处理工艺 能要求 温度分布 组织分布 0 力学性他 应力分布 显微组织 满足大型锻 热处理工艺 钢件组织与 物理模拟 应力要求 图1大型锻钢件热处理工艺模拟流程图 热处理工艺数值模拟技术规范 5 5.1概述 5.1.1大型锻钢件热处理工艺数值模拟的主要内容一般包括温度场、组织场,应力场的数值模拟,通常 采用的数值分析方法主要有三大类,即有限单元法、有限体积法和有限差分法 5.1.2大型锻钢件热处理工艺数值模拟的基本流程主要包括前处理,求解计算和后处理三部分,各部 分具体内容与规范要求如表1所示
GB/37586一2019 表1大型锻钢件热处理数值模拟基本流程与规范要求 基本流程 处理事项 规范要求 1.网格划分原则 温度变化剧烈、应力集中部分,单元应要细小; b 需进行应力/应变分析的应优先采用二次单元; 避免采用混合单元,优先采用六面体单元. 构建单元网格 网格质量评价: 单元畸变率(最长边与最短边长比例)不大于3; 单元渐变率(相邻单元相对体积差)不大于20% 对于几何形状,边界条件和载荷条件都满足同一对称性条件的大型锻钢件,可采用 二维网格或选择部分实体进行网格划分和计算 根据所需模拟的物理量,对所有大型锻钢件单元赋予相应的材料性能包括;热物理性 材料属性设定 能、力学性能和相变相关参数等 初始条件设定 所有大型锻钢件单元赋予模拟起始状态,包括初始温度场、初始组织场等 根据热处理工艺设定温度场边界条件,通常采用第三类边界条件,即设定换热系数 及环境温度; 边界条件设定 根据大型锻钢件装炉方式设定应力场边界条件,包括;载荷边界条件,位移边界条 件,接触边界条件等 前处理 1.加热冷却阶段 优先采用自适应温度步长; a 无相变量计算时,温度步长不大于5C; b 载荷条件设定 有相变量计算时,温度步长不大于3c 2. 保温阶段 优先采用固定时间步长; a 时间步长的选定,保证一个步长内的相必量不大于5% b 1.温度收敛判据 自适应步长条件下,相对温度迭代误差不大于5% 收敛判据设定 固定步长条件下,绝对温度迭代误差不大于0.5c 2.应力分析收敛判据 相对位移迭代误差不大于5% 采用对比试算结果的方法检验单元尺寸对温度场分析精度的影响 如果温度场整体误差不大于0.2%,即任意点温度曲线上的最大相对误差不大于 网格无关性分析 0.2%，则通过网格无关性检查,单元尺寸符合要求 b 如果温度场整体误差大于0.2%,则应按50%比例细化单元,重复进行试算和对比
GB/T37586一2019 表1续) 基本流程 处理事项 规范要求 尽可能保留所有增量步下的数据; 2. 受存储条件限制的条件下可适当降低存储频率,其选择应满足 数据保存频率 温度变化不大于20C; 设定 b 相对应变变化不大于50% 相变量变化不大于5% 求解计算 双精度浮点数;8字节; 数据精度要求 整型数;4字节 b 不进行应力分析条件下,每10万个15万个单元分配一个线程; a 计算线程分配 b 进行应力合分析条件下,每5万个单元分配一个线程 温度场分析 提取性能测试取样位置温度曲线,作为热处理工艺物理模拟的工艺曲线 后处理 组织分析 提取性能测试取样位置的组织分布,用于与物理模拟的金相检测结果对比 提取应力,应变和残余应力分布的信息,用于畸变,开裂评估 应力场分析 以有限单元法为例 5.2前处理 5.2.1概述 前处理的任务是为数值模拟提供一个初始的计算环境及对象,主要包括以下三方面内容: 三维实体造型 a 三维实体造型是将大型锻钢件的几何形状及尺寸以数字化方式输人,成为模拟软件可以识别的格 式 模拟软件应与三维实体造型软件有相应的造型文件接口 b) 网格划分 网格划分是将实体造型分成一定形状、尺寸的单元 单元划分越小,模拟的精度越高 参数设置 c 参数设置包括设定材料性能参数、材料相变动力学参数、热处理工艺参数等,其涉及的所有输人数 据构成了热处理工艺数值模拟基础数据库 5.2.2温度场数值模拟 大型锻钢件热处理温度场数值模拟通过数值方法求解传热偏微分控制方程,获得热处理过程中大 型锻钢件内部温度分布随时间变化的详细信息 温度场数值模拟是大型锻钢件热处理工艺数值模拟中 最基本的内容,是组织场和应力场分析的基础 温度场数值模拟包括以下三部分内容 数学模型 a 大型锻钢件热处理温度场数值模拟通常采用含有内热源的瞬态传热模型 b 边界条件 界面换热边界条件,是指大型锻钢件与加热或冷却介质界面上发生的热量交换的定量表达,通 常采用第三类边界条件,即,设定换热系数及环境温度 内热源边界条件,是指大型锻钢件热处理过程中因相变潜热的释放或吸收,可采用等效比热法 或内部热源法来处理
GB/37586一2019 输人参数 c 大型锻钢件热处理温度场数值模拟的输人参数包括:密度、比热、导热系数、相变潜热和换热系数 为提高数值模拟精度,应考虑组织类型和温度变化对密度、比热和导热系数的影响,以及相变类型 和相变温度变化对相变潜热的影响 5.2.3组织场数值模拟 大型锻钢件组织场数值模拟以相变动力学模型为依据,通过数值方法计算热处理过程中的相变,获 得大型锻钢件热处理全过程中组织场演变的详细信息,包括组织的种类、质量或体积分数及分布等 组 织场数值模拟包括以下两部分内容 数学模型 a 大型锻钢件热处理组织场数值模拟包括奥氏体晶粒长大模型与相变量计算模型 在进行温度-组 织-应力三场稠合的分析中,相变动力学模型应考虑应力对组织场的影响 b)输人参数 大型锻钢件组织场数值模拟的输人参数包括;相变潜热、相变临界点温度、相变动力学参数等 相 变动力学参数可通过相关实验测试获得,也可从过冷奥氏体等温转变动力学曲线(TTT曲线)或过冷奥 氏体连续转变动力学曲线(ccT曲线)提取 5.2.4应力场数值模拟 大型锻钢件应力场数值模拟以固体力学为基础,通过数值方法求解热处理过程中温度、相变合作 用下的力学响应,获得大型锻钢件热处理过程中应力场演变的详细信息,包括最终残余应力分布和畸 变 应力场数值模拟包括以下三部分内容 数学模型 a 大型锻钢件热处理应力场数值模拟主要基于固体力学的热弹塑性本构模型和热粘弹塑性模型 在 大型锻钢件热处理过程的温度-组织-应力三场耦合分析中,相变对应力场的作用体现在相变应变和相 变塑性应变上,它们均应包含在稠合相变的热弹塑性本构模型或热粘弹塑性模型中 b 边界条件 -载荷边界条件,通常包括大型锻钢件自重产生的体积力载荷 位移边界条件,通常根据几何形状对称性,确定边界位移约束条件 接触边界条件,对于有相对移动的接触边界,通常采用接触单元法 输人参数 c 大型锻钢件应力场数值模拟的输人参数包括;密度、热膨胀系数、泊松比、弹性模量、屈服强度、加工 硬化指数、相变应变系数和相变塑性系数等 为提高数值模拟精度,应考虑组织类型和温度变化对材料 力学性能参数的影响,以及相变类型对相变应变系数和相变塑性系数的影响 5.2.5多场耦合数值模拟 大型锻钢件热处理多场耦合数值模拟是利用数值方法同时求解热处理过程中多个具有相互耦合作 用的物理场,获得温度、组织、应力等物理量在大型锻钢件中的分布及其随时间演变的详细信息 通常 有三个热处理工艺数值模拟层次,即温度场的单一场模拟,温度场-组织场、温度场-应力场的两场耦合 模拟,温度场组织场应力场的三场稠合模拟 根据具体大型锻钢件的材料特性和热处理工艺特性,可选择不同层次的热处理工艺数值模拟,从不 同程度上支撑热处理工艺的制定或优化 5.3求解计算 求解计算主要是指利用计算机按照指定的设置在后台进行大型线性方程组的求解,这些设置包括
GB/T37586一2019 所使用的数值方法、精度要求、,存储频率,线程分配等 5.4后处理 后处理是将数值模拟的结果,输出为具有工程含义、用于指导工艺分析的图形图像和三维动画,实 现数值模拟结果的可视化 5.5基准实验 如需对数值模拟工具进行适用性评估,可委托第三方或者数值模拟工具提供方进行基准实验 5.5.1 5.5.2基准实验应选择大型锻钢件材料制作的直径20mm一50mm,长度60nmm~200mm试样,用 于进行温度、组织,畸变和残余应力测试 5.5.3依据大型锻钢件材料过冷奥氏体连续转变动力学曲线(cCT曲线),在实验室条件下进行能够包 含所有相变过程的热处理实验,并进行对应的数值模拟计算 5.5.4通过对比温度、组织和应力等的模拟结果和实测结果,分别获得数值模拟工具在温度场、组织场 和应力场方面适用性的评估,具体内容如下 温度场评估 a 温度场数值模拟的基准实验是对温度模拟结果的评估与验证,可通过对比实测模拟件内的温度变 化曲线与模拟获得的温度变化曲线的方法进行 当两条曲线上的最大的温度误差低于5C时,认为温 度场数值模拟满足精度要求 组织场评体 b 组织场数值模拟的基准实验是对组织模拟结果精度的评估与验证,可通过对比定量金相测定的组 织类型与分数来实施 当组织分数相对误差低于10%时,认为组织场数值模拟满足精度要求 定量金 相检测依据GB/T15749规定的方法实施 应力场评估 c 应力场数值模拟的基准实验是对应力及其相关物理量的模拟精度进行的评估与验证,可通过对设 计试样畸变或残余应力的实测值与模拟值之间的对比来实施 当相对误差低于15%时.认为应力场数 值模拟满足精度要求 6 热处理工艺物理模拟技术规范 6.1概述 大型锻钢件热处理工艺物理模拟是以热处理工艺数值模拟结果中提取的大型锻钢件取样位置处的 时间-温度曲线作为热处理模拟实验的工艺曲线,根据性能测试要求制备热处理模拟实验试样,在模拟 实验炉内进行加热、保温和冷却等整个过程的热处理实验,并对热处理模拟实验后试样进行性能测试和 显微组织分析 6.2模拟实验炉 6.2.1模拟实验炉应能满足加热、保温和冷却功能于一体,便于操作 6.2.2热处理模拟实验炉空炉有效加热区温度均匀性应小于或等于3C,有效加热区按GB/T9452或 GB/30825的方法进行测试 6.2.3测温与控温应按下列方法进行 应根据热处理工艺要求,配置符合GB/T32541所要求的控温系统; a b 应配备跟踪显示加热、保温、冷却过程温度的记录装置; 温度传感器的校准周期和校准允差应符合GB/T9452或GB/T30825的规定 c
GB/37586一2019 ) 应保证控温热电偶的温度曲线与物理模拟工艺的温度曲线一致; e 载荷热电偶的校准周期和校准允差应符合GB/T30825的规定; fD 仪表系统准确度要求应满足GB/T32541中I类设备的规定要求 6.2.4冷却速度应满足以下要求: 可采用风冷和/或喷水冷却,并配备风机、泵、喷嘴和控制阀等,使气体和/或水通过炉膛,并均 匀冷却试样 b 热处理模拟实验炉的冷却速度应可调节,最大冷速不小于2C/s 冷却过程应可程控,可通过程控系统和转换开关按设定的冷却方式自动运行 c 6.3试样要求 6.3.1热处理工艺物理模拟试样应取自大型锻钢件,保证试样与大型锻钢件的成分、锻造工艺和锻后 热处理工艺等一致 取样部位和方向应按有关产品标准或协议规定,如无特殊要求可按照GB/T2975 的规定进行 物理模拟试样应包括至少2个拉伸试样、6个冲击试样和若干金相试样 拉伸试样尺寸应符合 6.3.2 GBy/T228.1的规定,冲击试样应符合GB/T229的规定,金相试样应符合GB/T13298的规定 如需落锤与韧脆转折温度的测试数据,应准备8个落锤试样和6组一8组冲击试样,落锤与冲击 6.3.3 试样应分别符合GB/T6803和GB/T229的规定 6.4试验规程 6.4.1工装夹具和物理模拟试样人炉前应清除油、污物和印迹等 6.4.2检验装炉的工夹具,发现脆化、开裂等问题应及时修理或更换 6.4.3将物理模拟试样平稳、牢靠的固定在工夹具上,放置在有效加热区内,并保证试样的均匀加热、 冷却及试样间气流通畅 6.4,4测温热电偶应煤在试样内,或者热电偶外壁加厚紧贴试样表面,以保证其测得的温度与试样温 度一致 6.5性能测试 经物理模拟试样其力学性能测试按GB/T228.1和GB/T229规定的方法进行，硬度检验按 GB/T231.1规定的方法进行,落锤试验按GB/T6803规定的方法进行 6.6金相组织分析 物理模拟试样的显微组织与晶粒度分析分别按GB/T13298和GB/T6394规定的方法进行 安全和卫生 热处理作业的安全和卫生应符合GB15735的要求,作业场所具备良好的通风除尘条件 热处理工艺模拟报告 热处理工艺模拟应出具报告,报告内容包括: 项目名称 项目编号 -单位名称
GB/T37586一2019 报告撰写人 报告日期 热处理工艺模拟的基本信息,包括大型锻钢件热处理的材料成分、几何形状与尺寸、取样、性能 要求、工艺信息和数值模拟所采用的工具 数值模拟结果,包括大型锻钢件取样位置的温度曲线,不同时刻大型锻钢件的温度分布云图、 组织分布云图、应力分布云图和最终几何形状与尺寸 如果经过多次数值模拟,则需包括每个 热处理工艺条件下模拟获得的上述结果 物理模拟结果,包括实际的试样温度曲线,试样的组织与性能测试数据 最终推荐的热处理工艺
GB/37586一2019 录 附 A 资料性附录 大型锻件热处理工艺模拟参考实例 A.1项目名称 1000MIw级核电常规岛低压转子锻件锻后晶粒细化热处理工艺模拟 A.2基本信息 1000Mw级核电常规岛低压整体转子锻件毛坯质量约300t,最大截面直径约2900mm,长度约 1000mm,其形状及尺寸如图A.1所示 30Cr2Ni4MoV钢具有较强的组织遗传性,在锻造中会形成稳定性大晶粒,因此在锻后要进行晶粒 细化的锻后热处理 本项目采用数值模拟与物理模拟相结合的手段提供内2900mm低压转子锻件在多次正火过程中 的晶粒细化效果并确定相关工艺参数 单位为毫米 食 食 食 + I H 象 5 e 号 号 100土80 1240 1105 5325土80 1105 1335 640士80 o5 86D (1479 ( (5086 105 574心 (402 10110士80 (10349 850土8o (I1612) 图A.1低压转子锻件的锻坯尺寸图 30Cr2Ni4MoV钢锻件主要化学成分见表A.1 表A.130Cr2Ni4MoV钢的化学成分(质量分数,% Ni Mo Mn Sb Cu Al Fe As 0.251.673.680.410.100.180.070.0050.0020.03 s0.0050.0015 S0.004 s0.005 Bal 锻件2900mm的低压转子属极端尺寸,因此预设了900C十870C十870C十870C的4次正 火工艺
GB/T37586一2019 对于30Cr2Ni4MoV钢生产的大型低压转子锻件的正火冷却过程,先采用空冷方式使工件表面温 度降至250C,然后再将转子移人200C的炉内保温,直至转子工件各位置均达到230C左右 空冷时 间和炉内保温时间两者均通过有限元模拟计算获得 A.3数值模拟 A.3.1前处理 A.3.1.1网格划分 考虑到转子的对称性,采用轴对称模型以及四节点单元进行有限元建模,如图A.2所示 正火加 热过程中,工艺设置的炉温升温速度缓慢;冷却过程中采取空冷及炉内保温,降温速率也比较缓慢， 图A.2中的网格密度能够满足计算的精度要求 图A.2低压转子锻件的有限元网格划分 A.3.1.2材料属性设定 由于本项目仅需获得温度曲线,因此输人参数只需要与温度场-相变场耦合的相关材料参数 密度 a 10
GB/37586一2019 30Cr2Ni4MoV钢各单相组织在不同温度时的密度如式(A.1)所示 7660 0A.T 6.147 51 ×10 7730 A.l 0B.T 3.477×10× 25 l十 7750 0.T 25 1十2.494×10×T 式中: 奥氏体温度区内密度,单位为千克每立方米(kg/m'); pA.T 贝氏体温度区内密度,单位为千克每立方米(kg/m'); pB.T 马氏体温度区内密度,单位为千克每立方米(kg/m'); pM.T 摄氏温度,单位为摄氏度(C). b)比热容 30Cr2Ni4MoV钢各单相组织在不同温度下的比热容变化如式(A.2)所示 C=2.746一3.350×10T十1.067×10T c=0.6190一4.478×10T十1.212×10T A..2 =0.5602一4.902×10'T十1.407×10T” p,M 式中: -奥氏体温度区内比热容,单位为焦每千克开[/kgK] cp,八N -贝氏体温度区内比热容,单位为焦每千克开[/kgK] C户,B -马氏体温度区内比热容,单位为焦每千克开[J/kgK] Cp,M 相变潜热 一2.361×10°J/m 马氏体转变为奥氏体相变潜热;4H一A= 贝氏体转变为奥氏体相变潜热;AHg一A=一2.359×10'J/m 过冷奥氏体转变为马氏体的相变潜热:AH=6.48X10']/m 过冷奥氏体转变为贝氏体的相变潜热;4H=4.40×10'J/m 导热系数 d 30Cr2Ni4MoV钢中不同组织在不同温度下的导热系数,如式(A.3)所示 (A人=129.7一0.1594T十5.030×10T 入;=42.71一0.03071T十1.103×10-T (A.3 AM=37.95一0.01987T十5.851×10-6T 式中: 奥氏体温度区内导热系数,单位为瓦每米开[w/mK] 人A -贝氏体温度区内导热系数,单位为瓦每米开[w/mK]; 人B -马氏体温度区内导热系数,单位为瓦每米开[w/mK] 人M A.3.2求解计算 应用某软件进行数值模拟,结果如下 00C和870C正火时锻件心部,锻件表面温度以及工艺温度的变化曲线如图A.3所示,工艺要求 及相应工艺时间见表A.2和表A.3 11
GB/T37586一2019 1000 1000 900 900 表面 表面 800 800 工艺曲线 工艺曲线 700 700 800 600 500 00 400 400 300 300 200 20 100 100 50 100 150200250300350400 50 100 250 300 350 400 50200 时间/ 时间/ b a900c正火 870c正火 图A.3锻件表面及心部模拟温度变化曲线 转子低温加热时,为避免过大的热应力,采取炉温8/h的缓慢加热,达到650后保持;锻件心 部温度从250C上升至600C需耗时98h,平均升温速度约3.6C/h;升温过程中锻件心部与表面的温 差逐步拉大,50h时达到了最大值约154C,阶梯保温避免了温差的进一步扩大 表A.2900c正火的工艺要求及相应工艺时间 工艺要求 相对时间/h 总时间/h 工件均温250 50 5o 炉温以8/h升至650c 炉温达650C,待锻件心部升至600" " 48 98 炉温5h升至900 03 炉温达900后,待锻件心部升至890C 101 204 炉温达900C时,锻件心部达890后,奥氏体均匀化 209 锻件出炉,空冷至锻件表面250C 69 278 65 进炉后冷至锻件心部230C(炉温200c 343 表A.3870c正火的工艺要求及相应工艺时间 工艺要求 相对时间/h 总时间/h 工件均温250C 炉温以8Ch升至650” 50 50 C 炉温达650C后,待锻件心部升至600 48 98 103 炉温5h升至870 炉温达870C后,待锻件心部升至860 101 204 炉温870C后,锻件心部达860C后,奥氏体均匀化 209 锻件出炉,空冷至锻件表面250C 67 276 进炉后冷至锻件心部230炉温200 66 342 12
GB/37586一2019 A.4物理模拟 A.4.1物理模拟试样 物理模拟初始试样的组织 晶粒粗大,约为1.0级，组织为贝氏体,如图A.4所示 试样尺寸为 12mm×12nmm×12mm，共10组 00Hm 40m 微观组织 b) 晶粒度 图A.4粗晶粒试样的组织形貌 A.4.2物理模拟试验 通过数值模拟得到转子锻件正火过程中的温度变化后将试样按照心部的温度变化曲线在热处理 模拟炉中进行工艺的物理模拟 从之前的数值模拟结果可知,900C十870C十870C十870C的4次 正火工艺需要用时约1370h,输人热处理模拟炉的正火工艺曲线如图A.5所示,各工艺节点的时间与 温度值见表A.4 为了能够更全面地观察试样在此过程中的晶粒演变,更有效地利用4次正火物理模拟实验,因而设 计了10组试样按照图A.6所示的步骤进行放置、添加和取出,这样可以充分利用4次正火模拟实验的 机会同时观察到尽可能多的1次,2次和3次正火后的试样 1000 1000 正火温度900 正火温度870c 900 900 800 800 700 700 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 50 100 200 50 250 150 250 300 100 150 200 300 时间 时间h a 900c正火 h)870c正火 图A.5物理模拟的工艺曲线 13
GB/T37586一2019 表A.4图A.5中各工艺节点的时间与温度值 900正火 870C正火 工艺节点 编号 总时间/小 温度" 相对时间/h 相对时间/h 总时间/h 温度/ 25 25 600 600 600 600 9.77 1l.77 614.94 9.61 11.61 616.55 40,.01 51.78 745.6 45.81 57.42 747.19 6,92 58.7 800,65 13.52 70,.94 812.07 41.24 99,94 885,49 14.73 85,67 840,08 14 .46 114.4 30.72 116.39 870 900 5.,02 119.42 897.81 4.99 121.38 868.1 10 21.09 140.51 599.8 19.78 141.16 600.26 11 6.99 147.5 525.35 4.23 145.39 551.85 12 8.91 156.41 468.63 9.06 154.45 481.48 13 162.41 452.72 9,94 164.39 451,43 174 l.97 450 7 14 4.38 l10,01 450,02 180.56 370.69 9.97 184.37 1 6.18 345.23 16 1.35 191.91 300,41 11.61 195.98 300.71 5 17 9.41 3.76 205,67 270.41 205.39 273,54 18 24.81 230.48 241.53 30.65 236.04 238.38 19 25,68 256,16 224,95 22.7 258.74 224.53 第一次正火 第二次正火 第三次正火 第四次正火 试样编号 试样编号 试样编号 试样编号 试样编号 进567 进89 进10 出47910 进1234 出1 出25 出368 时间h 图A.6试样进出模拟炉安排示意图 A.4.3物理模拟结果及分析 各个试样在物理模拟过程中所经历的正火工艺以及它们的晶粒度情况汇总于表A.5中,与原始粗 晶粒相比,其晶粒都有不同程度的细化;由于每次正火工艺中试样都经历奥氏体重结晶过程,得到部分 14
GB/37586一2019 球状奥氏体减弱组织遗传,因而细化效果随正火次数的增加而提高;但是对已进行3次正火的试样,再 增加正火次数,其晶粒度基本保持不变 对于2900mm的低压转子锻件而言,每增加1次正火就需 增加大量工时,因此,900C十870C十870的3次正火工艺是较为合理的锻后热处理工艺,即便采用 3次正火,工艺时间仍需要1030h以上 表A.5试样安排及物理模拟结果 试样号 正火次数/次 晶粒度" 级 分析说明 900正火 870正火 初始试样 3.3 1次 1次 3.5 略有改善,但仍为粗晶组织 1次 3.2 1次 3.3 1次 1次 4.8 有细小晶粒出现,但仍有大尺寸 2次 4." 晶粒,大小分布不均 2次 5.2 5.8 1次 2次 可以满足生产要求 5,.8 3次 1次 3次 5,9 与3次正火相比无明显改善 A.5最终推荐的热处理工艺 图A.7是为2900mm低压转子锻件推荐的锻后晶粒细化热处理工艺,第4次正火是否需要,可 根据生产中前3次正火的实际效果来酌情考虑 1000 900 -870- 870C -870 900 106 T 06万 06 800 0c斤 30不 不 30不 700 669r 650r 650C 65O 650e 8 8 8 48h 85h 600 空冷p9 空冷67h 空冷p7h 空冷i67h 500 8h 8c/h 8hh h0ch 400 炉冷 300 65h b61 6h 66b 200250C 200C 200 200 200C 100 40050o 600700800 900 001200130014001500160o 100 200 300 10001 时间/h 图A.7中2900 低压转子锻件锻后热处理工艺 m