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摘要
齿轮热处理时伴随着剧烈的温度变化和复杂的组织演变，此过程中通常会产生变形和应力。基于温度场-渗碳场-组织场-应力应变场耦合模型，采用有限元方法对AISI9310钢薄辐板齿轮的热处理过程进行数值模拟，研究了淬火时轮齿组织与应力演变规律及冷处理和回火过程对轮齿组织含量和应力大小的影响，得到了齿轮热处理后的最终的残余应力和变形。为验证模拟计算结果准确性，采用三坐标测量机和X射线残余应力衍射仪对热处理后齿轮尺寸和残余应力进行了测量。结果表明：淬火时轮齿表面马氏体相变时间远远滞后于心部，淬火结束后表面呈现压应力，心部为拉应力；冷处理时渗碳表面的残留奥氏体发生了马氏体转变，表面压应力增大，而回火则使应力有所减小，最终应力模拟计算结果与实测值相对误差最大为11.9%;论文中的数值模拟方法具有较好的精度，可以应用于金属齿轮的热处理工艺仿真计算，具有较大的参考价值。
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单位高性能复杂制造国家重点实验室; 机电工程学院; 中南大学
