2013年2月 第34卷第2期 材料与热处理学报 2013年2月 第34卷第2期 SDC99冷作模具钢深冷处理试验与数值分析 李俊万，（上海大学材料科学与工程学院，上海 200072） 摘要：通过试验测定冷作模具钢SDC99的低温参数，结合沸腾传热经验模型求解沸腾传热系数，建立有限元数值分析模型模拟SDC99冷作模具钢试件深冷处理过程。研究表明，试件心部与表面的冷却情况差别较大，尤其是温度和冷却速度，但温度和冷却速度的剧烈变化主要集中在试件表面至内部1/3厚度范围内，而试件心部的温度和冷却速度变化较为缓慢。 模拟结果与实验测量数据一致，最大相对偏差为10.58%，说明数值分析方法能较好地再现试件在深冷处理过程中的动态温度场变化规律，为后续的组织性能评价、深冷处理工艺的制定提供依据。关键词：深冷处理；有限元；沸腾传热；冷作模具钢文献编号：TG142。 4文献编号：A文章编号：1009- 6264（2013年）02-0173-07冷作模具钢SDC99深冷处理试验研究及数值模拟李俊婉，闵娜，唐蕾蕾，吴晓春（上海大学材料科学与工程学院，上海 200072）摘要：利用实验获得的冷作模具钢SDC99低温物理参数，通过经验公式法得到的沸腾传热系数，建立有限元模型模拟冷作模具钢试件在液氮浴中的深冷处理过程。 但需要强调的是，温度和冷却速度的急剧变化主要集中在试样表面约 1 /3 厚度区域，而在试样心部区域，这些变化则缓慢而平缓。模拟结果与实验数据一致，实验数据与模拟结果的最大百分比偏差为 10. 58%。这表明，本文采用的数值模型能够正确反映深冷处理过程中温度场的变化规律，可为评价冷作模具钢的组织与性能、优化深冷处理工艺提供理论指导。 关键词： 深冷处理； 有限元； 沸腾传热； 冷作模具钢收稿日期：2011-12-14；修改日期：2012-02-29 资助项目：国家自然科学基金（51171104）作者：李俊万（1980—），男，博士，从事金属材料加工数值模拟研究，电话：021-56331153，E-mail： lijunwan@ shu． edu． cn。

深冷处理是工业界普遍认可的产品改进方法[1-3]。冷作模具钢淬火后一般含有大量的残余奥氏体，残余奥氏体属于亚稳相，在冲击应力和温度下容易转变为马氏体，奥氏体向马氏体的转变会引起体积膨胀，从而导致模具失效。研究表明，深冷处理不仅可以显著提高金属材料的强度和使用寿命，而且可以改善组织的均匀性和尺寸稳定性[4-8]。但深冷处理对材料性能的影响及其作用机理至今尚未明确，还存在很多争议。深冷处理技术的复杂性和理论的滞后性严重阻碍了该技术的发展。目前，深冷处理技术在工业领域的应用十分有限，主要依靠经验。因此，明确深冷处理的机理，掌握深冷处理对材料性能的影响迫在眉睫。 由于深冷处理是一个非常复杂的过程，受多种因素的影响，且各种影响因素之间相互作用、相互制约，因此传统的研究手段无法完全准确地分析和预测深冷处理过程中各场的变化情况。同时，模具在深冷处理过程中的温度场、应力场、应变场的动态分布也难以通过实验手段实时检测，因此需要利用先进的计算机辅助材料热处理技术对其进行研究。目前，深冷处理的计算机辅助材料热处理技术仍是一个研究热点。