GB/T 37586-2019 大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范

ICS25.200

J36

中华人民共和国国家标准

/—

GBT375862019

大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范

Technicalreulationforsimulationonheattreatmentrocessof

gp

heavsteelforins

ygg

2019-06-04发布2020-01-01实施

国家市场监督管理总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—

GBT375862019

目次

前言…………………………Ⅰ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4大型锻钢件热处理工艺模拟的基本流程………………2

5热处理工艺数值模拟技术规范…………2

6热处理工艺物理模拟技术规范…………6

7安全和卫生………………7

8热处理工艺模拟报告……………………7

()……………

附录资料性附录大型锻件热处理工艺模拟参考实例

A9

/—

GBT375862019

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

。。

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(/)提出并归口。

SACTC75

:、、、

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

Ⅰ

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GBT375862019

大型锻钢件热处理工艺模拟技术规范

1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。

2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

/:

金属材料拉伸试验第部分室温试验方法

GBT228.11

/金属材料夏比摆锤冲击试验方法

GBT229

/:

金属材料布氏硬度试验第部分试验方法

GBT231.11

/钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备

GBT2975

/金属平均晶粒度测定方法

GBT6394

/铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法

GBT6803

/金属热处理工艺术语

GBT7232

/热处理炉有效加热区测定方法

GBT9452

/金属显微组织检验方法

GBT13298

/热处理设备术语

GBT13324

、

GB15735金属热处理生产过程安全卫生要求

/定量金相测定方法

GBT15749

/热处理温度测量

GBT30825

/机械产品计算机辅助工程有限元数值计算术语

GBT31054

/热处理质量控制体系

GBT32541

3术语和定义

/、/和/界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

GBT7232GBT13324GBT31054

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。

1

/—

GBT375862019

3.2

物理模拟hsicalsimulation

py

。(

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

1

:,,

注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

2

型锻钢件取样位置热处理后的力学性能与组织进行测试。

4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所示主要包括热处理工艺数值模拟热处理工艺物理

1

。。

模拟两个部分附录为大型锻件热处理工艺模拟参考实例

A

图大型锻钢件热处理工艺模拟流程图

1

5热处理工艺数值模拟技术规范

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所示。

1

2

/—

GBT375862019

表大型锻钢件热处理数值模拟基本流程与规范要求

1

基本流程处理事项规范要求

1.网格划分原则:

)、,;

a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

),。

c避免采用混合单元优先采用六面体单元

a

构建单元网格2.网格质量评价:

)();

a单元畸变率最长边与最短边长比例不大于3

)()。

b单元渐变率相邻单元相对体积差不大于20%

、,

3.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

,,

1.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

,:,

2.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

),;

b无相变量计算时温度步长不大于5℃

),。

载荷条件设定c有相变量计算时温度步长不大于3℃

2.保温阶段:

)优先采用固定时间步长;

a

),

b时间步长的选定保证一个步长内的相变量不大于5%

1.温度收敛判据:

),;

a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b固定步长条件下绝对温度迭代误差不大于0.5℃

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,即任意点温度曲线上的最大相对误差不大于

a0.2%

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

3

/—

GBT375862019

()

表续

1

基本流程处理事项规范要求

1.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;

a20℃

设定

)相对应变变化不大于;

b50%

)相变量变化不大于

c5%

求解计算

):;

双精度浮点数字节

a8

数据精度要求

):

整型数字节

b4

),;

不进行应力分析条件下每万个万个单元分配一个线程

a10~15

计算线程分配

),

进行应力耦合分析条件下每万个单元分配一个线程

b5

,

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

、,、

应力场分析提取应力应变和残余应力分布的信息用于畸变开裂评估

a

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入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

)网格划分

b

、。,。

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入数

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