大型风电偏航与变桨轴承套圈用钢的研究

【摘要】：随着现代工业水平的迅速发展，大尺寸构件也被越来越广泛的应用于生产生活中。实验法作为传统的材料性能研究方法，不仅需要大量的工作时间和试验成本，而且对尺寸较大的工件无法进行较准确的性能评估。而随着计算机水平的提升，有限元法在理论上已日趋成熟，有限元仿真在热处理领域的应用也越来越全面和深入。因此本文选择计算机仿真模拟与实验法相结合的方法来研究本课题。 创建有限元仿真所需的三维模型采用三维设计软件Solidworks建立风电轴承套圈的三维实体模型。 本文利用有限元分析软件DEFORM-3D对大功率风电机组用偏航变桨轴承套圈的冷却过程进行数值模拟，从而得到其冷却过程中材料不同部位的时间、温度和即时冷却速度，并且通过模拟还得到了不同冷却介质下的冷却曲线。 通过端淬试验和模拟热处理对大功率风电偏航轴承套圈用钢42CrMo、40CrNiMo以及42CrMnMoB的淬透性和力学性能进行了研究。模拟热处理工艺为利用DEFORM软件模拟出的套圈壁厚四分之一处的油淬冷却曲线，在模拟热处理炉中进行处理，经高温回火对试样进行金相、硬度、拉伸、冲击等综合力学性能测试。 端淬试验结果表明，42CrMnMoB钢的淬透性最高，综合力学性能的测试结果表明，42CrMnMoB钢的强度稍低于40CrNiMo，但远高于42CrMo，且其冲击韧性最高，在本研究的三种钢中拥有最好的强度和韧性配合。因此自研材料42CrMnMoB基于其高淬透性和良好的强韧性配合，在改进冶金质量后有希望用于大功率风电偏航与变桨轴承套圈的制造。 【关键词】：有限元 淬透性 模拟热处理 力学性能 轴承钢 DEFORM
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 国内外风电产业发展现状与前景9-10
• 1.2 我国风电设备制造水平现状10-11
• 1.3 国内外风电设备偏航变桨轴承用钢11-12
• 1.4 硼钢及硼钢应用现状12-13
• 1.5 大功率风电偏航系统及轴承套圈简介13-14
• 1.6 常规偏航轴承套圈用钢的化学成分及作用14-16
• 1.7 偏航轴承套圈的热处理16-17
• 1.8 本文研究的目的和内容17-19
• 第2章 试验材料及方法19-31
• 2.1 试验材料19
• 2.2 42CrMnMoB 钢的基本资料19-22
• 2.2.1 42CrMnMoB 钢的化学成分（％）19-20
• 2.2.2 热加工20
• 2.2.3 热处理20-21
• 2.2.4 机械性能21-22
• 2.2.5 42CrMnMoB 钢的淬透性22
• 2.3 试验方案22-30
• 2.3.1 末端淬透性试验22-23
• 2.3.2 油淬冷却曲线的模拟23-24
• 2.3.3 模拟热处理24-26
• 2.3.4 金相试验26
• 2.3.5 硬度试验26-27
• 2.3.6 拉伸试验27
• 2.3.7 冲击试验27-28
• 2.3.8 GLEEBLE 试验机28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 大型风电偏航与变桨轴承套圈模拟研究31-43
• 3.1 大型风电偏航、变桨轴承套圈的三维建模31-33
• 3.1.1 SolidWorks 软件的简介31
• 3.1.2 风电偏航、变桨轴承的几何参数和模型的建立31-33
• 3.2 大型风电偏航与变桨轴承套圈温度场模拟及分析33-41
• 3.2.1 DEFORM 软件简介33-34
• 3.2.2 轴承套圈在油、水及空气中冷却的温度场计算34-37
• 3.2.3 大型轴承套圈模拟结果在热处理试验中的应用37-38
• 3.2.4 模拟不同壁厚的轴承套圈冷却的规律38-41
• 3.3 本章总结41-43
• 第4章 风电轴承套圈用钢的试验结果与分析43-55
• 4.1 末端淬透性试验结果分析43-44
• 4.2 组织与性能分析44-50
• 4.2.1 微观组织44-46
• 4.2.2 力学性能分析46-49
• 4.2.3 回火油冷对性能的影响49-50
• 4.3 42CrMnMoB 钢低温韧性改善方法及其讨论50-53
• 4.3.1 冶金质量改善50-51
• 4.3.2 抑制硼脆的锻后冷却51-52
• 4.3.3 抑制硼脆的热处理工艺52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士期间承担的科研任务和主要研究成果60-61
• 致谢61-62
• 作者简介62

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