1. 课题介绍

现状：淬透性是钢件在热处理过程中重要的性能指标之一，它对合理选用材料及正确制定热处理工艺，具有十分重要的意义。随着现代机械制造业及网络系统的发展，仅靠传统手工查阅手册的方式来获取淬透性信息，己远远不能满足实际生产的需要。同时，国内外相继建立的材料数据库中有关淬透性方面的数据极少，从而大大限制了材料淬透性数据资源的网络共享与实时更新。

目的：针对此现状，本工作基于B/S结构模式，在Windows XP操作系统平台上，利用ASP动态网页编程技术和SQLServer2000数据库管理系统等网络数据库技术，建立了功能较完善的结构钢淬透性数据库系统。实现知识学习、材料淬透性等数据的在线查询，并能依据相关的数值模拟模型实现材料淬透性以及热处理后组织及其性能的在线预报预测。

内容：

① 通过对非线性方程法淬透性数值模拟模型改进与完善，形成具有较高模拟精度的预测模型，而后采用模块化设计原则形成数据库，分为淬透性基础知识查询模块、结构钢淬透性数据及其他相关数据查询模块，结构钢淬透性在线预报预测模块和结构钢热处理后组织及其性能在线预报预测模块等四部分，实现结构钢淬透性及组织性能的实时预报预测。

② 实现材料淬透性基础知识和结构钢淬透性、成分等数据在线查询。

③ 对梅尼尔模型进行改进与完善，形成具有较高模拟可靠性的钢件热处理组织、硬度分布预测模型，实现了钢件热处理后组织性能分布的在线预报预测模块，不同成分、形状的钢件热处理后组织及其含量、硬度三维分布的预报预测功能。

2. 专家介绍

宋月鹏

3.科研成果

钢的淬透性预报预测功能

本预测功能的流程如下：

1. 用户输入待测钢的化学成分和晶粒度大小，系统并对输入数据的合理性进行验证；

2. 根据用户输入的成分数据，利用各合金元素的当量公式求出各自的合金化当量值，进而求出总的合金化当量。对于多合金元素结构钢还要分析元素的含量是否在引起合金元素间交互作用的含量范围内，以便决定是否在计算总的合金化当量时加入合金化交互作用当量；

3. 利用相应的计算求出半马距、马氏体硬度、半马氏体硬度、临界淬火直径和端淬试样距水冷端不同距离处的硬度值并将各淬透性指标的预测结果输出，并绘出此种成分下对应钢的端淬曲线图。

钢的淬透性预报预测功能图

钢的成分和淬透性数据

钢的端淬曲线图

·钢的组织和性能预测功能

该程序的具体流程为：

1. 用户输入钢的有关合金元素的成分含量，淬火、回火温度和保温时间等热处理工艺参数，并检验用户输入的各成分含量；

2. 用户根据自身的具体情况选择确定钢件某处在7000C时的实际冷速的方式，接着程序根据用户的方式选择和输入的数据计算出钢件的实际冷速；

3. 根据用户输入的淬火工艺参数计算出奥氏体化参数，然后再结合用户输入的钢件的化学成分，并且结合修正后的梅尼尔模型中各临界冷速的计算公式，进而求出获得不同组织构成的特征冷速，再与实际冷速进行比较，利用线性插值法计算出钢件淬火后含有的组织类型及其各自的体积含量；

4. 根据用户输入的回火等效参数计算出回火等效参数再结合钢件的成分数据计算出回火后各类型组织的硬度值，根据上一步求出的各组织的百分含量，采用按权相加的方法求出回火后钢件的硬度值;最后结合各力学性能计算公式求出其他力学性能指标值。

5. 计算出的奥氏体化参数、回火等效参数、各临界特征冷速、淬火硬度值、回火后的各力学性能值输出显示给用户。

钢的组织和性能预测功能图

组织及其性能在线预报预测模块结果显示页面

4.软著成果

结构钢淬透性数据库及查询预测系统V1.0，2015SR143723

5.论文成果

[1] 纪文文, 宋月鹏, 陈克丰, 冯媛媛. 稀土元素对40Cr钢渗铝层组织性能的影响研究[J]. 稀土, 2009, 6(12): 55-59.

[2] 冯媛媛, 宋月鹏, 陈克丰, 纪文文. 感应淬火零件组织和硬度分布的计算机预报及试验验证[J]. 金属热处理, 2009, 3(3): 92-95.

[3] 冯媛媛, 宋月鹏, 陈克丰, 纪文文. 镐形截齿感应热处理后硬度组织分布的计算机模拟及实验验证[J]. 材料热处理技术, 2009, 11(3): 126-129.

[4] 陈克丰, 宋月鹏, 冯媛媛, 纪文文. 端淬曲线非线性方程法模拟模型中合金化当量公式的修正[J]. 材料热处理学报, 2010, 1(31): 155-159.

[5] 陈克丰, 宋月鹏, 冯媛媛, 纪文文. 结构钢淬透性网络数据库系统的设计与实现[J]. 热加工工艺, 2009, 38(10): 148-151.

[6] 陈克丰, 宋月鹏, 纪文文, 冯媛媛. 端淬曲线非线性方程法模拟模型中合金化当量的修正[J]，材料热处理学报, 2010, 31(1): 155-159.

[7] 宋月鹏, 刘国权, 李志林, 冯承明. 合金元素淬透性系数的经验电子理论分析[J], 中国科学, 2008, 38(7): 1042-1049.

[8] 宋月鹏, 刘国权, 刘建涛, 尹江辉, 王延龙. 基于梅尼尔模型端淬试样组织分布的预报预测[J], 金属热处理, 2006, 31(3):93-95.

[9] 宋月鹏, 刘国权, 冯承明, 尹江辉, 王延龙. 钢件感应淬火后淬硬层分布的计算机模拟预测及实验验证[J], 热加工工艺, 2006,35(4)：71-74.

[10]     宋月鹏, 刘国权, 刘胜新, 刘建涛, 王延龙, 李少峰. 中碳合金结构钢端淬曲线的非线性方程法模拟[J], 材料热处理学, 2004, 25(4)： 85-88.

6.图说数据

1. 基础知识查询

淬透性是钢的主要热处理工艺性能，它对合理选用材料及正确制定热处理工艺，具有十分重要的意义。以钢的淬透性影响因素为例进行图说数据。

a. 钢的化学成分的影响

钢的化学成分是影响钢的淬透性最强烈的因素。钢的化学成分主要是铁、碳和合金元素。当合金元素固溶于奥氏体中时，除钴外均使奥氏体不同程度的直接提高钢的淬透性，当合金元素形成碳化物或其它化合物时，则通过化合物的作用而直接影响淬透性。各合金元素对淬透性的影响如下图1所示。

图1 钢的化学成分的影响

b. 碳含量对淬透性的影响

下图2为碳素钢临界冷却速度与含碳量之间的关系由图可见奥氏体中含碳量不高时，显著地降低临界冷却速度，提高钢的淬透性；而当碳含量超过共析点后，淬火温度不足以使碳化物完全溶解而使临界冷却速度增大，降低了钢的淬透性。

图2 碳含量对淬透性的影响

c. 奥氏体晶粒度对淬透性影响

晶粒度是指晶粒的大小等级。大量试验证明，晶粒越粗大，单位体积内的晶界面积减少，非马氏体型转变时的成核位置减少，成核率减小，从而推迟转变，亦即使奥氏体等温转变曲线向右移动，延长了奥氏体的孕育期，从而降低了临界冷却速度，提高了钢的淬透性。米尔金还指出，粗大晶粒还降低转变温度，也导致钢的淬透性的提高。如图3所示。

图3 奥氏体晶粒度对淬透性的影响

d. 奥氏体化温度对淬透性的影响

奥氏体化温度对淬透性有显著的影响。一般碳化物如Fe3C很容易分解溶于奥氏体中，而有些溶于铁素体中的元素如Cr、Mo、W等在与碳化合时往往形成复杂的且不易分解的碳化物。为了使钢中这些碳化物完全分解成原子并扩散到奥氏体中去，固溶体成分均匀化，必须有较高的淬火温度或保持较长的时间。以GCr15轴承钢为例，如图4所示。

图4 奥氏体化温度对淬透性的影响

e. 钢的原始组织对淬透性的影响

原始组织是指钢件淬火加热前的组织状态。钢材的原始组织，除铸钢外，决定于轧后和锻后的热处理。图5为分散度对淬透性的影响，图6为ⅢX15和ⅢX15CГ钢碳化物分散度对淬透性的影响。

图5 分散度对淬透性的影响

图6 ⅢX15和ⅢX15CГ钢碳化物分散度对淬透性的影响

2. 钢号查询查询

由钢的各种指标组合查询钢号功能包括由国内钢指标组合查询和由美国H钢指标组合查询，下面以一个查询实例进行详细介绍。

例如用户需要查询满足碳的含量(Wt%)范围为0.3%^'0.5%，抗拉强度大于600Mpa，距水冷端3mm处的端淬试样硬度值范围为53HRC ~ 65HRC，在静水中的临界淬火直径大于32mm等这些条件组合的国内钢号信息的操作流程为:首先选中“由国内钢指标组合查询钢号”目录，接着在右侧页面中的“合金元素”下拉框中选中“碳含量”这一选项，触发此下拉框的onchange事件，接着利用Javascript编写的selecct-change函数就会根据用户的选择，在最右边成分上下限“参考值”两下拉框中就会显示从数据库化学成分表中读出的碳的所有含量值，然后用户就可从中选出合适的含量范围即可，对于本例中间上下限值关系符下拉框应分别选择“≦”和“≧”项;然后在力学性能“指标”下拉框中选择“抗拉强度(Mpa)这一选项，关系符下拉框中选择“>”这一项，和化学成分含量类似，程序会自动将力学性能表中钢的抗拉强度的数值加载到最右边参考值下拉框中供用户从中选择;其他指标的选择以此类推。选择完所有的指标范围后就可点击“查询”按钮，提交查询条件。最后后台程序根据用户提交过来的查询参数，利用嵌套查询的方法生成SQL查询语句，从各数据表查出满足条件的钢号。如图7为由国内钢相关指标组合查询钢号页面。

图7 由国内钢相关指标组合查询钢号页面

7.结构钢淬透性网络数据库系统所用数据表结构及数据（部分）

以钢的化学成分数据表为例。

钢的化学成分字段设计：

钢的化学成分部分数据：

钢的力学性能字段设计：

钢的力学性能部分数据：