17Cr2Ni2Mo齿轮轴淬火过程的数值模拟

17Cr2Ni2Mo为重要的传动产品材料，具有优良的综合力学性能，广泛应用于重载齿轮、齿轮轴等传统件。为满足使用需求，渗碳后，齿轮轴均需进行淬火+低温回火处理，低温回火对消除残余应力作用十分有限，齿轮淬火后残余应力的控制主要在淬火阶段，采用实测和解剖的方式对齿轮淬火过程进行研究，不仅周期长、成本高，而且不具普遍性。近年来，数值模拟技术发展十分迅速，大量的报道表明，采用数值模拟技术可以很好地指导生产，因此，基于上述目的，利用Deform热处理模块，对齿轮轴的淬火加热、冷却过程中的温度场和应力场进行了数值模拟。

温度场的数值模拟误差范围直接影响组织分布、盈利数值模拟结果的准确性，为确定温度场数值模拟与实测温度场的误差范围，采用等比例的齿轮轴进行了淬火加热、冷却过程的测温实验，对比了温度场实测结果与模拟结果的差异，分析了产生差异的原因。并模拟报废件的淬火工艺，分析齿轮轴淬火过程中的应力分布，并在报废件上套取试棒进行金相组织分析，对比数值模拟结果，确定组织模拟精度。

在淬火加热、冷却温度场数值模拟时，计算模型不仅在尺寸上与测温实验锻件相同，在表面处理上，也按照测温锻件的模数、旋转角进行开齿处理，从而保证两者的表面传热面积相同。数值模拟的加热工艺与测温试验加热过程炉温的实际记录相同，冷却为油冷，油温为30℃。淬火加热、冷却过程的数值模拟，包括温度场、组织场和应力场相互作用的多场耦合计算。

测温实验采用的锻件热处理状态为正回火态，表面状态为粗加工并开齿。采用多通道温度记录仪记录加热和油冷过程中各个温度点的温度变化，采样率为0.25HZ。数值模拟的研究结果表明：

（1）采用Deform热处理模块计算齿轮轴加热过程的温度场与实测结果吻合很好，对于产品热处理工艺的制定具有很好的指导作用。

（2）采用Deform热处理模块计算齿轮轴油冷过程的温度场与实测结果存在一定的偏差，但组织模拟结果与实测结果吻合较好，说明该偏差是可以接受的。

（3）齿轮轴淬火后，在中心位置和驱动齿部位的中心位置存在较大的应力，因此实际工艺必须在实验工艺的基础上进行改进，防止齿轮轴发生断裂。

（4）齿轮轴淬火过程中心部的组织应力可以抵消部分热应力，因此通过微调成分，增加低温阶段的组织转变量来降低淬火后的残余应力是一种十分有效的方式。