渗碳AISI 5130钢齿轮气体淬火仿真
一、高压气淬设备介绍
旧单室系统示意图
现代单室HPGQ炉示例
现代多室LPC-HPGQ炉示例
二、项目介绍
渗碳AISI 5130钢环形齿轮的气体淬火采用多室系统，淬火速率可以通过风扇转速和炉压控制。奥氏体化温度为900℃。热处理室能够同时对200多个齿轮进行热处理。
本次热处理仿真分析的是由AISI 5130钢制成的薄壁齿轮，齿轮直径为139毫米，包括89颗内齿。使用低压渗碳和高压气体淬火工艺进行硬化，研究了齿轮周围由于不均匀气流导致的齿轮变形。
在热处理期间为减少失真考虑的因素
淬火室设计：均匀的气流模式
优化LPC-HPGQ过程，选择氦气作为淬火气体
夹具设计：优化机械组件支持、优化气流模式
热处理前稳定的制造链，降低热处理前组件中的残余应力
三、热处理过程
嵌入热电偶的圆柱用于表征高压淬火室中非均匀气流的严重程度:
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放置在室内不同位置
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气缸中的不同位置
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机架中的不同位置
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不同的负载配置
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不同的负载大小
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气体淬火相对于油淬的后果
四、结果分析
使用嵌入在齿轮中不同位置的热电偶检查了风扇速度的变化。在马氏体转变开始之前，使用DANTE建模和修改过程以减小零件周围的温度梯度。
HPGQ流程修改
通过实验尝试了对风扇转速的修改，并使用DANTE在转变为马氏体之前尝试降低部件周围的温度梯度，发现部件内温差没有显著改善。
五、结论
气体淬火相对于液体淬火的后果
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低质量的氦气与液体相比意味着气体会升温，但液体升温应该是微不足道的。
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气体淬火过程中环境温度发生了变化，但在大多数液体淬火情况下可以忽略不计。
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对于气体，不关心沸腾现象
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对于部件的表面温度，传热系数（HTC）与气体速度的关系有关。
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气体流动模式的均匀性比部分冷却时的液体流动模式更为关键。HPGQ过程中需考虑因素:
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换热器的效率
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气体温度在机架部件中循环时的变化
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局部气体速度的均匀性
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