纺纱钢丝圈热处理清洁生产技术及工艺研究

【摘要】： 热处理是强化金属材料性能的重要工艺措施,是保证和提高产品质量和寿命的关键因素,也是形成环境污染不可忽视的重要方面。目前国内钢丝圈大部分的淬火回火介质都采用油,存在很大的安全隐患,对环境污染严重,因此迫切需要一种较清洁的淬火回火介质取而代之。本文以清洁热处理技术为基本出发点,以纺纱钢丝圈为研究对象,对水基淬火回火介质进行了一系列系统而深入的研究。 实验结果表明:(1) 0.25%聚乙烯醇(PVA)淬火液能适用于钢丝圈淬火,但生产中浓度不易测定,PVA易附着工件表面,实际生产操作难度大。并在试验的基础上得出,加热温度和保温时间是得到均匀组织和达到要求性能的重要因素,通过正交实验法确定了最佳热处理工艺。(2) 3%-7%聚醚(PAG)淬火剂满足钢丝圈淬火性能要求。随着浓度的上升,硬度值下降。经反复实验,5%-5.75%PAG得到的效果最好。(3)研制的水玻璃淬火液在浓度为8%~13%时满足钢丝圈淬火性能要求;改变浓度可调节冷却性能,浓度测定方便,易现场监测;有良好的防锈效果;所需原料来源广泛,价格便宜。(4)碱浴具有优良的温度分布优越性,用于钢丝圈的低温回火能达到油浴的效果。碱浴的配比很重要,其中碱和脱氧剂的用量对回火硬度影响显著。通过实验设计和分析,得出了较优配比。 为了观察温度变化对钢丝圈淬火冷却过程的影响,进行了计算机模拟。利用ANSYS软件进行了温度场和应力场的分析,得出了各阶段温度分布图及不同节点的冷却曲线和应力分布图,进一步从理论上探讨了冷却介质的冷却机理,其结果对指导工程实际具有重要意义,同时探讨了先进计算机模拟技术在清洁热处理中的应用。 【关键词】：清洁热处理 淬火介质 回火介质 计算机模拟
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG162.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 课题的来源及研究意义8-9
• 1.3 清洁生产的概念、现状及意义9-10
• 1.3.1 清洁生产的概念9
• 1.3.2 清洁生产现状9-10
• 1.3.3 推行清洁生产的意义10
• 1.4 清洁热处理概念、现状及发展方向10-12
• 1.4.1 清洁热处理概念10-11
• 1.4.2 清洁热处理的现状11
• 1.4.3 清洁热处理的发展方向11-12
• 1.5 钢丝圈的热处理现状12
• 1.6 课题主要研究内容12-14
• 第二章 钢丝圈淬回火介质选择14-21
• 2.1 淬火介质的选择14-20
• 2.1.1 常用淬火介质及优缺点14-17
• 2.1.2 淬火介质冷却机理17-18
• 2.1.3 淬火介质冷却能力影响因素18-19
• 2.1.4 淬火介质冷却性能评价19-20
• 2.2 回火介质的选择20-21
• 2.2.1 常用的回火介质及优缺点20-21
• 第三章 清洁淬火液试验方案及试验方法21-38
• 3.1 总体试验设计21
• 3.2 实验方案比较选择21-23
• 3.2.1 实验材料21-22
• 3.2.2 实验方案22
• 3.2.3 实验结果22
• 3.2.4 实验分析22-23
• 3.2.5 结论23
• 3.3 PVA 淬火剂研究23-27
• 3.3.1 实验材料23
• 3.3.2 实验方案23
• 3.3.3 实验结果23-24
• 3.3.4 实验分析24-26
• 3.3.5 实验验证26-27
• 3.3.6 结论27
• 3.4 PAG 淬火剂研究27-29
• 3.4.1 实验材料27
• 3.4.2 实验方案27
• 3.4.3 实验结果及分析27-28
• 3.4.4 实验验证28
• 3.4.5 结论28-29
• 3.5 水玻璃淬火剂研究29-33
• 3.5.1 实验材料29
• 3.5.2 实验方案29
• 3.5.3 实验用品及用量29
• 3.5.4 实验结果29
• 3.5.5 实验分析29-32
• 3.5.6 实验验证32
• 3.5.7 结论32-33
• 3.6 工厂生产实验33-35
• 3.6.1 实验材料33
• 3.6.2 实验方案33
• 3.6.3 实验结果33
• 3.6.4 实验分析33-35
• 3.6.5 结论35
• 3.7 PVA、PAG、水玻璃淬火介质比较分析35-38
• 3.7.1 淬火效果比较分析35
• 3.7.2 成本比较分析35
• 3.7.3 冷却性能比较分析35-37
• 3.7.3.1 淬火液PVA 的冷却机理及对淬火效果的影响35-36
• 3.7.3.2 淬火液PAG 的冷却机理及对淬火效果的影响36
• 3.7.3.3 水玻璃淬火液的冷却机理及对淬火效果的影响36-37
• 3.7.4 综合分析结果37-38
• 第四章 清洁回火液试验方案及试验方法38-47
• 4.1 总体试验设计38
• 4.2 实验方案比较选择一38-40
• 4.2.1 实验材料38
• 4.2.2 试样制备38
• 4.2.3 实验用品及用量38
• 4.2.4 实验方案38-39
• 4.2.5 实验结果及分析39-40
• 4.2.6 结论40
• 4.3 碱浴配比实验一40-43
• 4.3.1 实验方案40
• 4.3.2 实验用品及用量40
• 4.3.3 实验结果40-41
• 4.3.4 实验分析41-42
• 4.3.5 结论42-43
• 4.4 实验方案比较选择二43-44
• 4.4.1 实验材料43
• 4.4.2 试样制备43
• 4.4.3 实验用品及用量43
• 4.4.4 实验方案43
• 4.4.5 实验结果及分析43-44
• 4.4.6 结论44
• 4.5 碱浴配比实验二44-47
• 4.5.1 实验方案44
• 4.5.2 实验用品及用量44
• 4.5.3 实验结果44-45
• 4.5.4 实验分析45-46
• 4.5.5 结论46-47
• 第五章 淬火过程计算机模拟47-61
• 5.1 淬火过程计算机模拟的发展现状47
• 5.2 传热学基本原理47-48
• 5.3 淬火钢件温度场有限元分析的数学模型48-52
• 5.3.1 温度场的边界条件48
• 5.3.2 非线性瞬态温度场有限元方程的建立48-50
• 5.3.3 非线性瞬态温度场的解法50-52
• 5.4 淬火钢件带相变的耦合温度场有限元分析的数学模型52
• 5.5 淬火钢件应力场有限元分析的数学模型52-53
• 5.6 温度场模拟过程53-58
• 5.6.1 模拟过程步骤53-54
• 5.6.2 模拟结果及分析54-58
• 5.7 应力场模拟过程58-60
• 5.7.1 模拟过程步骤58
• 5.7.2 模拟结果及分析58-60
• 5.8 结论60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文68

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