(高清版)GB∕T 37586-2019 大型鍛鋼件熱處理工藝模擬技術(shù)規(guī)范

ICS25.200GB/T37586—2019大型鍛鋼件熱處理工藝模擬技術(shù)規(guī)范國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T37586—2019 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4大型鍛鋼件熱處理工藝模擬的基本流程 2 2 67安全和衛(wèi)生 8熱處理工藝模擬報(bào)告 7附錄A(資料性附錄)大型鍛件熱處理工藝模擬參考實(shí)例 9IGB/T37586—2019本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專(zhuān)利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC75)提出并歸口。鑄鍛有限公司、上海市機(jī)械制造工藝研究所有限公司、常州新區(qū)河海熱處理工程有限公司、西安福萊特1GB/T37586—2019大型鍛鋼件熱處理工藝模擬技術(shù)規(guī)范1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大型鍛鋼件熱處理工藝模擬的基本流程、熱處理工藝的數(shù)值模擬技術(shù)規(guī)范、熱處理工藝物理模擬技術(shù)規(guī)范、安全和衛(wèi)生要求以及熱處理工藝模擬報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于能源、冶金、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)重型裝備用大型鍛鋼件的淬火、回火、退火和正火工藝模擬，不適用于化學(xué)熱處理和表面熱處理工藝。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法GB/T229金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法GB/T231.1金屬材料布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備GB/T6394金屬平均晶粒度測(cè)定方法GB/T6803鐵素體鋼的無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗(yàn)方法GB/T7232金屬熱處理工藝術(shù)語(yǔ)GB/T9452熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方法GB/T13298金屬顯微組織檢驗(yàn)方法GB/T13324熱處理設(shè)備術(shù)語(yǔ)GB15735金屬熱處理生產(chǎn)過(guò)程安全、衛(wèi)生要求GB/T15749定量金相測(cè)定方法GB/T30825熱處理溫度測(cè)量GB/T31054機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助工程有限元數(shù)值計(jì)算術(shù)語(yǔ)GB/T32541熱處理質(zhì)量控制體系3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T7232、GB/T13324和GB/T31054界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1數(shù)值模擬numericalsimulation計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合有限單元法、有限體積法、有限差分法等概念和方法，利用計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類(lèi)問(wèn)題研究的目的。注：本標(biāo)準(zhǔn)中指對(duì)大型鍛鋼件在給定熱處理工藝過(guò)程中溫度、組織和應(yīng)力等物理量的分析，獲得它們?cè)诖笮湾戜摷蟹植己脱葑兊脑敿?xì)信息，為大型鍛鋼件熱處理工藝物理模擬提供溫度曲線，也可直接作為制定熱處理工藝的依據(jù)。2GB/T37586—20193.2物理模擬physicalsimulation通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬真實(shí)物理過(guò)程的方法。通常將實(shí)際對(duì)象的縮小模型置于實(shí)驗(yàn)體(如模擬真實(shí)過(guò)程的主要特征。4大型鍛鋼件熱處理工藝模擬的基本流程大型鍛鋼件熱處理工藝模擬基本流程如圖1所示，主要包括熱處理工藝數(shù)值模擬、熱處理工藝物理模擬兩個(gè)部分。附錄A為大型鍛件熱處理工藝模擬參考實(shí)例。開(kāi)始設(shè)定人型鍛鋼件熱處理工藝否否是熱處理工藝否是①溫度分布②組織分布③應(yīng)力分布滿足大型鍛鋼件組織與應(yīng)力要求滿足大型鍛鋼件性①力學(xué)性能②顯微組織熱處理工藝物理模擬是件熱處理工藝結(jié)束圖1大型鍛鋼件熱處理工藝模擬流程圖5熱處理工藝數(shù)值模擬技術(shù)規(guī)范5.1.1大型鍛鋼件熱處理工藝數(shù)值模擬的主要內(nèi)容一般包括溫度場(chǎng)、組織場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬，通常采用的數(shù)值分析方法主要有三大類(lèi)，即有限單元法、有限體積法和有限差分法。5.1.2大型鍛鋼件熱處理工藝數(shù)值模擬的基本流程主要包括前處理、求解計(jì)算和后處理三部分，各部分具體內(nèi)容與規(guī)范要求如表1所示。3GB/T37586—2019表1大型鍛鋼件熱處理數(shù)值模擬基本流程與規(guī)范要求基本流程處理事項(xiàng)規(guī)范要求前處理構(gòu)建單元網(wǎng)格“1.網(wǎng)格劃分原則：a)溫度變化劇烈、應(yīng)力集中部分，單元應(yīng)要細(xì)??；b)需進(jìn)行應(yīng)力/應(yīng)變分析的應(yīng)優(yōu)先采用二次單元；c)避免采用混合單元，優(yōu)先采用六面體單元。2.網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)價(jià)：a)單元畸變率(最長(zhǎng)邊與最短邊長(zhǎng)比例)不大于3;b)單元漸變率(相鄰單元相對(duì)體積差)不大于20%。3.對(duì)于幾何形狀、邊界條件和載荷條件都滿足同一對(duì)稱性條件的大型鍛鋼件，可采用二維網(wǎng)格或選擇部分實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分和計(jì)算材料屬性設(shè)定根據(jù)所需模擬的物理量，對(duì)所有大型鍛鋼件單元賦予相應(yīng)的材料性能，包括：熱物理性能、力學(xué)性能和相變相關(guān)參數(shù)等初始條件設(shè)定所有大型鍛鋼件單元賦予模擬起始狀態(tài)，包括初始溫度場(chǎng)、初始組織場(chǎng)等邊界條件設(shè)定1.根據(jù)熱處理工藝設(shè)定溫度場(chǎng)邊界條件，通常采用第三類(lèi)邊界條件，即設(shè)定換熱系數(shù)及環(huán)境溫度；2.根據(jù)大型鍛鋼件裝爐方式設(shè)定應(yīng)力場(chǎng)邊界條件，包括：載荷邊界條件，位移邊界條件，接觸邊界條件等載荷條件設(shè)定1.加熱冷卻階段：a)優(yōu)先采用自適應(yīng)溫度步長(zhǎng)；b)無(wú)相變量計(jì)算時(shí)，溫度步長(zhǎng)不大于5℃;c)有相變量計(jì)算時(shí)，溫度步長(zhǎng)不大于3℃。2.保溫階段：a)優(yōu)先采用固定時(shí)間步長(zhǎng)；b)時(shí)間步長(zhǎng)的選定，保證一個(gè)步長(zhǎng)內(nèi)的相變量不大于5%收斂判據(jù)設(shè)定1.溫度收斂判據(jù)：a)自適應(yīng)步長(zhǎng)條件下，相對(duì)溫度迭代誤差不大于5%;b)固定步長(zhǎng)條件下，絕對(duì)溫度迭代誤差不大于0.5℃。2.應(yīng)力分析收斂判據(jù)：相對(duì)位移迭代誤差不大于5%網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析采用對(duì)比試算結(jié)果的方法檢驗(yàn)單元尺寸對(duì)溫度場(chǎng)分析精度的影響：a)如果溫度場(chǎng)整體誤差不大于0.2%,即任意點(diǎn)溫度曲線上的最大相對(duì)誤差不大于0.2%,則通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢查，單元尺寸符合要求。b)如果溫度場(chǎng)整體誤差大于0.2%,則應(yīng)按50%比例細(xì)化單元，重復(fù)進(jìn)行試算和對(duì)比4GB/T37586—2019基本流程處理事項(xiàng)規(guī)范要求求解計(jì)算數(shù)據(jù)保存頻率設(shè)定1.盡可能保留所有增量步下的數(shù)據(jù)；2.受存儲(chǔ)條件限制的條件下可適當(dāng)降低存儲(chǔ)頻率，其選擇應(yīng)滿足：a)溫度變化不大于20℃;b)相對(duì)應(yīng)變變化不大于50%;c)相變量變化不大于5%數(shù)據(jù)精度要求a)雙精度浮點(diǎn)數(shù)：8字節(jié)；b)整型數(shù)：4字節(jié)計(jì)算線程分配a)不進(jìn)行應(yīng)力分析條件下，每10萬(wàn)個(gè)～15萬(wàn)個(gè)單元分配一個(gè)線程；b)進(jìn)行應(yīng)力耦合分析條件下，每5萬(wàn)個(gè)單元分配一個(gè)線程后處理溫度場(chǎng)分析提取性能測(cè)試取樣位置溫度曲線，作為熱處理工藝物理模擬的工藝曲線組織分析提取性能測(cè)試取樣位置的組織分布，用于與物理模擬的金相檢測(cè)結(jié)果對(duì)比應(yīng)力場(chǎng)分析提取應(yīng)力、應(yīng)變和殘余應(yīng)力分布的信息，用于畸變、開(kāi)裂評(píng)估以有限單元法為例。5.2前處理前處理的任務(wù)是為數(shù)值模擬提供一個(gè)初始的計(jì)算環(huán)境及對(duì)象，主要包括以下三方面內(nèi)容：a)三維實(shí)體造型三維實(shí)體造型是將大型鍛鋼件的幾何形狀及尺寸以數(shù)字化方式輸入，成為模擬軟件可以識(shí)別的格式。模擬軟件應(yīng)與三維實(shí)體造型軟件有相應(yīng)的造型文件接口。b)網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是將實(shí)體造型分成一定形狀、尺寸的單元。單元?jiǎng)澐衷叫?，模擬的精度越高。c)參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置包括設(shè)定材料性能參數(shù)、材料相變動(dòng)力學(xué)參數(shù)、熱處理工藝參數(shù)等，其涉及的所有輸入數(shù)據(jù)構(gòu)成了熱處理工藝數(shù)值模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。大型鍛鋼件熱處理溫度場(chǎng)數(shù)值模擬通過(guò)數(shù)值方法求解傳熱偏微分控制方程，獲得熱處理過(guò)程中大型鍛鋼件內(nèi)部溫度分布隨時(shí)間變化的詳細(xì)信息。溫度場(chǎng)數(shù)值模擬是大型鍛鋼件熱處理工藝數(shù)值模擬中最基本的內(nèi)容，是組織場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析的基礎(chǔ)。溫度場(chǎng)數(shù)值模擬包括以下三部分內(nèi)容：a)數(shù)學(xué)模型：大型鍛鋼件熱處理溫度場(chǎng)數(shù)值模擬通常采用含有內(nèi)熱源的瞬態(tài)傳熱模型。b)邊界條件：——界面換熱邊界條件，是指大型鍛鋼件與加熱或冷卻介質(zhì)界面上發(fā)生的熱量交換的定量表達(dá)，通——內(nèi)熱源邊界條件，是指大型鍛鋼件熱處理過(guò)程中因相變潛熱的釋放或吸收，可采用等效比熱法或內(nèi)部熱源法來(lái)處理。5GB/T37586—2019c)輸入?yún)?shù)：大型鍛鋼件熱處理溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的輸入?yún)?shù)包括：密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、相變潛熱和換熱系數(shù)等。為提高數(shù)值模擬精度，應(yīng)考慮組織類(lèi)型和溫度變化對(duì)密度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，以及相變類(lèi)型和相變溫度變化對(duì)相變潛熱的影響。大型鍛鋼件組織場(chǎng)數(shù)值模擬以相變動(dòng)力學(xué)模型為依據(jù)，通過(guò)數(shù)值方法計(jì)算熱處理過(guò)程中的相變，獲得大型鍛鋼件熱處理全過(guò)程中組織場(chǎng)演變的詳細(xì)信息，包括組織的種類(lèi)、質(zhì)量或體積分?jǐn)?shù)及分布等。組織場(chǎng)數(shù)值模擬包括以下兩部分內(nèi)容：a)數(shù)學(xué)模型大型鍛鋼件熱處理組織場(chǎng)數(shù)值模擬包括奧氏體晶粒長(zhǎng)大模型與相變量計(jì)算模型。在進(jìn)行溫度-組織-應(yīng)力三場(chǎng)耦合的分析中，相變動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)考慮應(yīng)力對(duì)組織場(chǎng)的影響。b)輸入?yún)?shù)大型鍛鋼件組織場(chǎng)數(shù)值模擬的輸入?yún)?shù)包括：相變潛熱、相變臨界點(diǎn)溫度、相變動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。相變動(dòng)力學(xué)參數(shù)可通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得，也可從過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(TTT曲線)或過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(CCT曲線)提取。大型鍛鋼件應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬以固體力學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)值方法求解熱處理過(guò)程中溫度、相變耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)，獲得大型鍛鋼件熱處理過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)演變的詳細(xì)信息，包括最終殘余應(yīng)力分布和畸變。應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬包括以下三部分內(nèi)容：a)數(shù)學(xué)模型：大型鍛鋼件熱處理應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬主要基于固體力學(xué)的熱彈塑性本構(gòu)模型和熱粘彈塑性模型。在大型鍛鋼件熱處理過(guò)程的溫度-組織-應(yīng)力三場(chǎng)耦合分析中，相變對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的作用體現(xiàn)在相變應(yīng)變和相變塑性應(yīng)變上，它們均應(yīng)包含在耦合相變的熱彈塑性本構(gòu)模型或熱粘彈塑性模型中。b)邊界條件：——位移邊界條件，通常根據(jù)幾何形狀對(duì)稱性，確定邊界位移約束條件。c)輸入?yún)?shù)：硬化指數(shù)、相變應(yīng)變系數(shù)和相變塑性系數(shù)等。為提高數(shù)值模擬精度，應(yīng)考慮組織類(lèi)型和溫度變化對(duì)材料力學(xué)性能參數(shù)的影響，以及相變類(lèi)型對(duì)相變應(yīng)變系數(shù)和相變塑性系數(shù)的影響。大型鍛鋼件熱處理多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬是利用數(shù)值方法同時(shí)求解熱處理過(guò)程中多個(gè)具有相互耦合作用的物理場(chǎng)，獲得溫度、組織、應(yīng)力等物理量在大型鍛鋼件中的分布及其隨時(shí)間演變的詳細(xì)信息。通常有三個(gè)熱處理工藝數(shù)值模擬層次，即溫度場(chǎng)的單一場(chǎng)模擬，溫度場(chǎng)-組織場(chǎng)、溫度場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)的兩場(chǎng)耦合根據(jù)具體大型鍛鋼件的材料特性和熱處理工藝特性，可選擇不同層次的熱處理工藝數(shù)值模擬，從不同程度上支撐熱處理工藝的制定或優(yōu)化。5.3求解計(jì)算求解計(jì)算主要是指利用計(jì)算機(jī)按照指定的設(shè)置在后臺(tái)進(jìn)行大型線性方程組的求解，這些設(shè)置包括6GB/T37586—2019后處理是將數(shù)值模擬的結(jié)果，輸出為具有工程含義、用于指導(dǎo)工藝分析的圖形圖像和三維動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果的可視化。5.5基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)5.5.1如需對(duì)數(shù)值模擬工具進(jìn)行適用性評(píng)估，可委托第三方或者數(shù)值模擬工具提供方進(jìn)行基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。5.5.2基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇大型鍛鋼件材料制作的直徑20mm～50mm,長(zhǎng)度60mm～200mm試樣，用5.5.3依據(jù)大型鍛鋼件材料過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(CCT曲線),在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行能夠包含所有相變過(guò)程的熱處理實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算。5.5.4通過(guò)對(duì)比溫度、組織和應(yīng)力等的模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果，分別獲得數(shù)值模擬工具在溫度場(chǎng)、組織場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)方面適用性的評(píng)估，具體內(nèi)容如下：a)溫度場(chǎng)評(píng)估溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)是對(duì)溫度模擬結(jié)果的評(píng)估與驗(yàn)證，可通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)模擬件內(nèi)的溫度變化曲線與模擬獲得的溫度變化曲線的方法進(jìn)行。當(dāng)兩條曲線上的最大的溫度誤差低于5℃時(shí)，認(rèn)為溫度場(chǎng)數(shù)值模擬滿足精度要求。b)組織場(chǎng)評(píng)估組織場(chǎng)數(shù)值模擬的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)是對(duì)組織模擬結(jié)果精度的評(píng)估與驗(yàn)證，可通過(guò)對(duì)比定量金相測(cè)定的組織類(lèi)型與分?jǐn)?shù)來(lái)實(shí)施。當(dāng)組織分?jǐn)?shù)相對(duì)誤差低于10%時(shí)，認(rèn)為組織場(chǎng)數(shù)值模擬滿足精度要求。定量金相檢測(cè)依據(jù)GB/T15749規(guī)定的方法實(shí)施。c)應(yīng)力場(chǎng)評(píng)估應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)是對(duì)應(yīng)力及其相關(guān)物理量的模擬精度進(jìn)行的評(píng)估與驗(yàn)證，可通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)試樣畸變或殘余應(yīng)力的實(shí)測(cè)值與模擬值之間的對(duì)比來(lái)實(shí)施。當(dāng)相對(duì)誤差低于15%時(shí)，認(rèn)為應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬滿足精度要求。6熱處理工藝物理模擬技術(shù)規(guī)范大型鍛鋼件熱處理工藝物理模擬是以熱處理工藝數(shù)值模擬結(jié)果中提取的大型鍛鋼件取樣位置處的時(shí)間-溫度曲線作為熱處理模擬實(shí)驗(yàn)的工藝曲線，根據(jù)性能測(cè)試要求制備熱處理模擬實(shí)驗(yàn)試樣，在模擬實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等整個(gè)過(guò)程的熱處理實(shí)驗(yàn)，并對(duì)熱處理模擬實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行性能測(cè)試和顯微組織分析。6.2模擬實(shí)驗(yàn)爐6.2.1模擬實(shí)驗(yàn)爐應(yīng)能滿足加熱、保溫和冷卻功能于一體，便于操作。6.2.2熱處理模擬實(shí)驗(yàn)爐空爐有效加熱區(qū)溫度均勻性應(yīng)小于或等于3℃,有效加熱區(qū)按GB/T9452或GB/T30825的方法進(jìn)行測(cè)試。6.2.3測(cè)溫與控溫應(yīng)按下列方法進(jìn)行：a)應(yīng)根據(jù)熱處理工藝要求，配置符合GB/T32541所要求的控溫系統(tǒng)；b)應(yīng)配備跟蹤顯示加熱、保溫、冷卻過(guò)程溫度的記錄裝置；c)溫度傳感器的校準(zhǔn)周期和校準(zhǔn)允差應(yīng)符合GB/T9452或GB/T30825的規(guī)定；7GB/T37586—2019d)應(yīng)保證控溫?zé)犭娕嫉臏囟惹€與物理模擬工藝的溫度曲線一致；e)載荷熱電偶的校準(zhǔn)周期和校準(zhǔn)允差應(yīng)符合GB/T30825的規(guī)定；f)儀表系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求應(yīng)滿足GB/T32541中I類(lèi)設(shè)備的規(guī)定要求。6.2.4冷卻速度應(yīng)滿足以下要求：勻冷卻試樣。b)熱處理模擬實(shí)驗(yàn)爐的冷卻速度應(yīng)可調(diào)節(jié)，最大冷速不小于2℃/s。c)冷卻過(guò)程應(yīng)可程控，可通過(guò)程控系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)按設(shè)定的冷卻方式自動(dòng)運(yùn)行。6.3試樣要求6.3.1熱處理工藝物理模擬試樣應(yīng)取自大型鍛鋼件，保證試樣與大型鍛鋼件的成分、鍛造工藝和鍛后熱處理工藝等一致。取樣部位和方向應(yīng)按有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議規(guī)定，如無(wú)特殊要求可按照GB/T2975的規(guī)定進(jìn)行。6.3.2物理模擬試樣應(yīng)包括至少2個(gè)拉伸試樣、6個(gè)沖擊試樣和若干金相試樣。拉伸試樣尺寸應(yīng)符合GB/T228.1的規(guī)定，沖擊試樣應(yīng)符合GB/T229的規(guī)定，金相試樣應(yīng)符合GB/T13298的規(guī)定。6.3.3如需落錘與韌脆轉(zhuǎn)折溫度的測(cè)試數(shù)據(jù)，應(yīng)準(zhǔn)備8個(gè)落錘試樣和6組～8組沖擊試樣，落錘與沖擊試樣應(yīng)分別符合GB/T6803和GB/T229的規(guī)定。6.4試驗(yàn)規(guī)程6.4.1工裝夾具和物理模擬試樣入爐前應(yīng)清除油、污物和印跡等。6.4.2檢驗(yàn)裝爐的工夾具，發(fā)現(xiàn)脆化、開(kāi)裂等問(wèn)題應(yīng)及時(shí)修理或更換。6.4.3將物理模擬試樣平穩(wěn)、牢靠的固定在工夾具上，放置在有效加熱區(qū)內(nèi)，并保證試樣的均勻加熱、冷卻及試樣間氣流通暢。6.4.4測(cè)溫?zé)犭娕紤?yīng)焊在試樣內(nèi)，或者熱電偶外壁加厚緊貼試樣表面，以保證其測(cè)得的溫度與試樣溫度一致。6.5性能測(cè)試經(jīng)物理模擬試樣其力學(xué)性能測(cè)試按GB/T228.1和GB/T229規(guī)定的方法進(jìn)行，硬度檢驗(yàn)按GB/T231.1規(guī)定的方法進(jìn)行，落錘試驗(yàn)按GB/T6803規(guī)定的方法進(jìn)行。6.6金相組織分析物理模擬試樣的顯微組織與晶粒度分析分別按GB/T13298和GB/T6394規(guī)定的方法進(jìn)行。7安全和衛(wèi)生熱處理作業(yè)的安全和衛(wèi)生應(yīng)符合GB15735的要求，作業(yè)場(chǎng)所具備良好的通風(fēng)除塵條件。8熱處理工藝模擬報(bào)告熱處理工藝模擬應(yīng)出具報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括：8GB/T37586—2019——報(bào)告撰寫(xiě)人?！獔?bào)告日期。 要求、工藝信息和數(shù)值模擬所采用的工具。——數(shù)值模擬結(jié)果，包括大型鍛鋼件取樣位置的溫度曲線，不同時(shí)刻大型鍛鋼件的溫度分布云圖、組織分布云圖、應(yīng)力分布云圖和最終幾何形狀與尺寸。如果經(jīng)過(guò)多次數(shù)值模擬，則需包括每個(gè)熱處理工藝條件下模擬獲得的上述結(jié)果?！锢砟M結(jié)果，包括實(shí)際的試樣溫度曲線，試樣的組織與性能測(cè)試數(shù)據(jù)?！罱K推薦的熱處理工藝。9GB/T37586—2019(資料性附錄)A.1項(xiàng)目名稱1000MW級(jí)核電常規(guī)島低壓轉(zhuǎn)子鍛件鍛后晶粒細(xì)化熱處理工藝模擬。A.2基本信息1000MW級(jí)核電常規(guī)島低壓整體轉(zhuǎn)子鍛件毛坯質(zhì)量約300t,最大截面直徑約2900mm,長(zhǎng)度約11000mm,其形狀及尺寸如圖A.1所示。30Cr2Ni4MoV鋼具有較強(qiáng)的組織遺傳性，在鍛造中會(huì)形成穩(wěn)定性大晶粒，因此在鍛后要進(jìn)行晶粒本項(xiàng)目采用數(shù)值模擬與物理模擬相結(jié)合的手段提供φ2900mm低壓轉(zhuǎn)子鍛件在多次正火過(guò)程中的晶粒細(xì)化效果并確定相關(guān)工藝參數(shù)。5325±80(5086)10110±80(10349)11850±80(11612)(861)640±80(402)(1574)(1479)(1105)圖A.1低壓轉(zhuǎn)子鍛件的鍛坯尺寸圖30Cr2Ni4MoV鋼鍛件主要化學(xué)成分見(jiàn)表A.1。表A.130Cr2Ni4MoV鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)CVPS鍛件φ2900mm的低壓轉(zhuǎn)子屬極端尺寸，因此預(yù)設(shè)了900℃+870℃+870℃+870℃的4次正火工藝。對(duì)于30Cr2Ni4MoV鋼生產(chǎn)的大型低壓轉(zhuǎn)子鍛件的正火冷卻過(guò)程，先采用空冷方式使工件表面溫度降至250℃,然后再將轉(zhuǎn)子移入200℃的爐內(nèi)保溫，直至轉(zhuǎn)子工件各位置均達(dá)到230℃左右。空冷時(shí)間和爐內(nèi)保溫時(shí)間兩者均通過(guò)有限元模擬計(jì)算獲得。A.3.1.1網(wǎng)格劃分考慮到轉(zhuǎn)子的對(duì)稱性，采用軸對(duì)稱模型以及四節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行有限元建模，如圖A.2所示。正火加熱過(guò)程中，工藝設(shè)置的爐溫升溫速度緩慢；冷卻過(guò)程中采取空冷及爐內(nèi)保溫，降溫速率也比較緩慢，圖A.2中的網(wǎng)格密度能夠滿足計(jì)算的精度要求。圖A.2低壓轉(zhuǎn)子鍛件的有限元網(wǎng)格劃分由于本項(xiàng)目?jī)H需獲得溫度曲線，因此輸入?yún)?shù)只需要與溫度場(chǎng)-相變場(chǎng)耦合的相關(guān)材料參數(shù)：a)密度GB/T37586—201930Cr2Ni4MoV鋼各單相組織在不同溫度時(shí)的密度如式(A.1)所示。式中：PA.r——奧氏體溫度區(qū)內(nèi)密度，單位為千克每立方米(kg/m3);PB.r——貝氏體溫度區(qū)內(nèi)密度，單位為千克每立方米(kg/m3);PM,r—-—馬氏體溫度區(qū)內(nèi)密度，單位為千克每立方米(kg/m3);T——攝氏溫度，單位為攝氏度(℃)。b)比熱容30Cr2Ni4MoV鋼各單相組織在不同溫度下的比熱容變化如式(A.2)所示。式中：Cp,A——奧氏體溫度區(qū)內(nèi)比熱容，單位為焦每千克開(kāi)[J/(kg·K)];Cp,B——貝氏體溫度區(qū)內(nèi)比熱容，單位為焦每千克開(kāi)[J/(kg·K)];Cp,M——馬氏體溫度區(qū)內(nèi)比熱容，單位為焦每千克開(kāi)[J/(kg·K)]。c)相變潛熱馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相變潛熱：△HM→A=—2.361×10?J/m3。貝氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相變潛熱：△Hβ→A=—2.359×108J/m3。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變潛熱：△Hm=6.48×108J/m3。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的相變潛熱：△Hg=4.40×108J/m3。d)導(dǎo)熱系數(shù)30Cr2Ni4MoV鋼中不同組織在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，如式(A.3)所示。式中：λA———奧氏體溫度區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)[W/(m·K)];λB———貝氏體溫度區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)[W/(m·KλM——馬氏體溫度區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)[W/(m·K)]。A.3.2求解計(jì)算應(yīng)用某軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果如下：900℃和870℃正火時(shí)鍛件心部、鍛件表面溫度以及工藝溫度的變化曲線如圖A.3所示，工藝要求及相應(yīng)工藝時(shí)間見(jiàn)表A.2和表A.3。GB/T37586—2019900700600400300200050100150200心部工藝曲線時(shí)問(wèn)/ha)900℃正火900工藝曲線700500400300200時(shí)間/hb)870℃正火圖A.3鍛件表面及心部模擬溫度變化曲線轉(zhuǎn)子低溫加熱時(shí)，為避免過(guò)大的熱應(yīng)力，采取爐溫8℃/h的緩慢加熱，達(dá)到650℃后保持；鍛件心部溫度從250℃上升至600℃需耗時(shí)98h,平均升溫速度約3.6℃/h;升溫過(guò)程中鍛件心部與表面的溫差逐步拉大，50h時(shí)達(dá)到了最大值約154℃,階梯保溫避免了溫差的進(jìn)一步擴(kuò)大。表A.2900℃正火的工藝要求及相應(yīng)工藝時(shí)間工藝要求相對(duì)時(shí)間/h總時(shí)間/h工件均溫250℃爐溫以8℃/h升至650℃爐溫達(dá)650℃,待鍛件心部升至600℃5爐溫達(dá)900℃后，待鍛件心部升至890℃爐溫達(dá)900℃時(shí)，鍛件心部達(dá)890℃后，奧氏體均勻化5鍛件出爐，空冷至鍛件表面250℃進(jìn)爐后冷至鍛件心部230℃(爐溫200℃)表A.3870℃正火的工藝要求及相應(yīng)工藝時(shí)間工藝要求相對(duì)時(shí)間/h總時(shí)間/h工件均溫250℃爐溫以8℃/h升至650℃爐溫達(dá)650℃后，待鍛件心部升至600℃爐溫5h升至870℃5爐溫達(dá)870℃后，待鍛件心部升至860℃爐溫870℃后，鍛件心部達(dá)860℃后，奧氏體均勻化5鍛件出爐，空冷至鍛件表面250℃進(jìn)爐后冷至鍛件心部230℃(爐溫200℃)A.4物理模擬A.4.1物理模擬試樣物理模擬初始試樣的組織。晶粒粗大，約為1.0級(jí)，組織為貝氏體，如圖A.4所示。試樣尺寸為12mm×12mm×12mm,共10組。4040uma)微觀組織b)晶粒度圖A.4粗晶粒試樣的組織形貌A.4.2物理模擬試驗(yàn)通過(guò)數(shù)值模擬得到轉(zhuǎn)子鍛件正火過(guò)程中的溫度變化后，將試樣按照心部的溫度變化曲線在熱處理模擬爐中進(jìn)行工藝的物理模擬。從之前的數(shù)值模擬結(jié)果可知，900℃+870℃+870℃+870℃的4次正火工藝需要用時(shí)約1370h,輸入熱處理模擬爐的正火工藝曲線如圖A.5所示，各工藝節(jié)點(diǎn)的時(shí)間與溫度值見(jiàn)表A.4。為了能夠更全面地觀察試樣在此過(guò)程中的晶粒演變、更有效地利用4次正火物理模擬實(shí)驗(yàn)，因而設(shè)計(jì)了10組試樣按照?qǐng)DA.6所示的步驟進(jìn)行放置、添加和取出，這樣可以充分利用4次正火模擬實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)同時(shí)觀察到盡可能多的1次、2次和3次正火后的試樣。溫度/℃溫度/℃正火溫度：900℃400200正火溫度：870℃400200a)900℃正火b)870℃正火圖A.5物理模擬的工藝曲線GB/T37586