Dante仿真解决热处理中壁厚不均匀大径零件裂纹

一、客户需求

扫描感应加热时，消除裂纹，并提高各种壁厚大型零件的质量需要大量的热处理经验参数调整工艺。现有一美标S4130钢的联轴耦合器，在喷射淬火阶段沿内控圆角边出现轴向裂纹，实际工艺中，这往往是因为不均匀的壁厚以及感应淬火阶段电感器频率不匹配等多种因素导致的。

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利用有限元软件DANTE对壁厚变化进行建模。模拟结果可以直观地理解该过程中温度、相变和应力演化的非线性过程。在感应淬火前对零件进行预热，会改变零件的温度分布，从而通过热收缩影响零件的过程应力和残余应力分布。预热的效果与零件的几何形状和工艺有关，因此需要仔细实施预热过程以实现正向的效果。

二、分析说明

建立耦合器有限元模型的同时，需要模拟感应器从孔的底部到顶部进行扫描，以使孔表面奥氏体化。同样，需要将电感器在加工中的热源功率密度，并将数据作为功率密度随时间的变化值输入Dante软件，为运行热力模型提供数据。

非轴对称孔角在淬火过程中会承受较大的拉应力，导致淬火过程中开裂的可能性较大，该模型细化表面网格更好地反映散热，也可以表明较大拉应力产生的原因。在实际工艺中为了降低开裂的可能性，提出了一种创新的工艺，以降低拐角处的高拉应力，并通过建模进行了验证。

三、分析结果，计算新工艺

经过Dante计算后得到原始工艺后联轴器在某额定功率电感器影响下的结果，以应力水平为例，最大主应力发生在轴套内部，呈现极大的拉伸应力，由于以马氏体形式存在的高弯矩，在圆角处可能会发生裂纹。

在实际工艺中添加了低温预热的工艺，该步骤主要影响淬火过程表面拉应力延展的情况。该工艺改进不仅降低了感应淬火拐角处的拉应力大小，而且使拐角处的表面残余应力由拉应力转化为压应力，此时孔表面的残余压缩力可以有效的延长耦合器的疲劳寿命。