周路海
,
张洪波
,
黎军顽
,
施渊吉
,
吴晓春
材料热处理学报
基于热作模具钢热疲劳试验国家标准,建立了H13钢热疲劳感应加热循环过程的多物理场耦合数值模型,研究了感应加热循环过程中试样温度的演变规律和应力累积现象,并对试样热疲劳寿命进行预测.研究表明,在感应加热循环过程中,试样心表的温度演变规律存在明显差异.由于集肤效应和试样形状的影响,加热结束时,最大温差出现在试样圆周面与小平面交界部位,约为210℃,最小温差出现在试样有效加热区域的中心,约为85℃;随感应加热循环次数增加,试样的等效应力和最大主应力均呈现累积效应,尤其是试样的拐角部位,经20次循环后其等效应力提高了6％,该处为热疲劳主裂纹的形成和扩展部位;结合数值模拟结果和应变疲劳寿命预测模型,对HI3钢热疲劳寿命进行预测发现,试样热疲劳寿命随感应加热循环次数的增加而减小;模拟结果与实验结果吻合,表明本文建立的数值模型可为热疲劳行为的研究提供新的方法和思路.
关键词:
热疲劳
,
热作模具钢
,
数值模拟
,
感应加热循环
,
寿命预测
张洪波
,
黎军顽
,
施渊吉
,
吴晓春
上海金属
通过热疲劳试验评价了H13钢硬度对其热疲劳行为的影响.同时,建立多场耦合数值模型研究热循环过程中H13钢的温度演变规律及应力累积过程,并进行寿命预测.试验结果表明,硬度为46 HRC试样的热疲劳损伤因子最小,抗热疲劳性能最佳.数值结果表明,在感应加热阶段,试样中心截面形成两个对称分布的弯月形高温区;在空冷均温阶段,弯月形高温区将向心部扩展;空冷结束时,中心截面上高温区位于表面和心部之间.不同硬度试样随热循环次数的增加其等效应力呈现累积效应,尤其在热疲劳裂纹形成部位,硬度为46 HRC试样的等效应力值最小,累积速率最慢,热疲劳寿命最高.
关键词:
H13钢
,
热疲劳
,
硬度
,
数值模拟
,
寿命预测
