工具钢深冷处理残余奥氏体演变、残余应力分布及变形行为的多场耦合数值研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51401117
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0104.金属结构材料与力学行为
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Deep cryogenic treatment (DCT), an supplementary process to conventional heat treatment usually involves cooling the part to a liquid nitrogen temperature around -196 ℃, has been widely accepted as an important improving and strengthening technology of productions. Many investigations suggested that this technique can not only evidently reduce the amount of retained austenite and create a favorable redistribution of residual stress, but also efficiently improve the physical and mechanical properties of the various materials such as wear, abrasion, corrosion and fatigue resistance. However, because DCT is a very complex process involving thermal, metallurgical and mechanical phenomena, utilized the traditional research approaches, it is still difficult, even impossible to completely and accurately predict the dynamic distribution regular of temperature, microstructure and stress-strain fields during DCT. Therefore, in this work, taking tool steel as the research object, establishing the phase transition kinetic mathematical model of DCT, and combining with the low temperature physical parameters obtained from experimental test and the boiling heat transfer coefficient acquired by an solution of empirical formula, a multi-physical field coupling numerical model based on metallo-thermo-mechanical coupled theory is built to reproduce the DCT process of a tool steel specimen immersed in the liquid nitrogen bath. It helps to completely and accurately reveal the underlying relationship among retained austenite evolution and the formation, evolution and distribution of residual stress, as well as the distortion behaviour in a tool steel specimen during DCT, and then provide a theoretical guidance to further evaluate the microstructure and properties of tool steel and make the more efficient and reasonable cryogenic treatment procedure.
工具钢淬火过程辅助以深冷处理的方式是近年来为业界广泛认可的产品改性及强化的重要工序。研究表明,深冷处理不仅能够显著消除残余奥氏体,产生表面残余压应力,而且可以改善组织均匀性,提高材料的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。然而,深冷处理是一个相当复杂的过程,采用传统的研究手段和方法已不能完整、准确地分析深冷处理过程中工件温度场、组织场以及应力/应变场的动态演变规律。因此,本课题拟以工具钢为研究对象,建立深冷处理相变动力学数学模型,实测材料低温物性参数,求解深冷处理沸腾换热模型,基于金属-热-力耦合理论框架,建立深冷处理多物理场耦合数值分析模型,全面揭示深冷处理过程中工件内残余奥氏体的动态演变规律,残余应力的形成、演变与分布特征,以及工件变形三者之间的内在联系,以期为深冷处理工序设计和优化提供借鉴,为深冷处理的组织控制提供理论依据。

结项摘要

深冷处理作为常规热处理工艺的延续,不仅能够显著消除工具钢的残余奥氏体,产生表面残余压应力,而且可以改善组织均匀性,提高材料的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。然而,鉴于深冷处理是的复杂性,采用传统的研究手段和方法已不能完整、准确地分析深冷处理过程中试件温度场、组织场以及应力场的动态演变规律。因此,本课题以SDC99冷作模具钢为研究对象,基于金属-热-力耦合理论,在考虑材料低温物性参数、沸腾换热系数随温度的非线性变化以及相变潜热的情况下,采用有限元方法建立了SDC99冷作模具钢C型环试样深冷处理的数值分析模型,详细研究了试样在淬水冷却和深冷处理过程中温度场、组织场和应力场的动态演变规律,预测试样残余奥氏体、残余应力和硬度的分布状态,并辅以XRD分析和硬度测试对数值结果进行验证,确保数值模型的可靠性和准确性。同时,基于已建立的深冷处理多物理场耦合数值分析模型,全面揭示C型环试样深冷处理过程中各场的耦合状态和演变规律,尤其是残余奥氏体的动态演变规律和机制,以及残余应力的形成、演变与分布特征,为深冷处理的组织控制提供理论依据和借鉴;系统探讨了淬火和深冷处理过程中试样的偏心度、浸没方式和冷却行为等不同深冷处理工艺条件下工件内残余奥氏体的演变和残余应力的分布状态的内在联系,并辅以实验验证,以期实现对深冷处理工艺的控制和优化,达到提高工具使用寿命的目标。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
偏心度对C型环淬火和深冷处理组织和应力演变影响的数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    上海金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨卫东;章军;封源;王沛莹;黎军顽
  • 通讯作者:
    黎军顽
Wear Resistance of H13 and a New Hot-Work Die Steel at High temperature
H13及新型热作模具钢的高温耐磨性
  • DOI:
    10.1007/s11665-016-2124-2
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    Journal of Materials Engineering and Performance
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li Shuang;Wu Xiaochun;Chen Shihao;Li Junwan
  • 通讯作者:
    Li Junwan
Thermomechanical Analysis of Deep Cryogenic Treatment of Navy C-Ring Specimen
海军C型环试件深冷处理的热机械分析
  • DOI:
    10.1007/s11665-014-1239-6
  • 发表时间:
    2014-09
  • 期刊:
    Journal of Materials Engineering and Performance
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li Junwan;Feng Yuan;Zhang Hongbo;Min Na;Wu Xiaochun
  • 通讯作者:
    Wu Xiaochun
H13钢硬度对其热疲劳行为影响的试验和数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    上海金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张洪波;黎军顽;施渊吉;吴晓春
  • 通讯作者:
    吴晓春
C型环试样淬火及深冷处理应力演变的数值研究
  • DOI:
    10.13289/j.issn.1009-6264.2015.s2.045
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢尘;黎军顽;封源;许茜;吴晓春
  • 通讯作者:
    吴晓春

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其他文献

SDC99冷作模具钢深冷处理试验及数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黎军顽;闵娜;汤磊磊;吴晓春
  • 通讯作者:
    吴晓春
C环样品深冷处理的热机械分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Materials Engineering and Performance
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    黎军顽;封源;高红波;闵娜
  • 通讯作者:
    闵娜

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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