DEFORM在金属热处理工艺设计中的应用
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一
在众 多的模拟软 件中 ，由美 国 Ｓ Ｔ （ ｃ ｅ ｔ ｃ Ｃ Ｓ ｌｎ… Ｆ
Ｆ ｒ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇｅ ｏｐ ｒｔ ｎ） 发的Ｄ ｆ ｒ ｏ ｍｉ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｉｓＣ ｒ ｏａ ｉ 研 ｇ ｏ ｏ ｅ ｏｍ是一
套 基于 有限单元法的工艺仿真软件 系统 ， 用于分析金属成 形 及其相关工业的各种成形工 艺和热 处理工 艺。 其中的热 处理 模块 （ ｅ ｔ ｒａ ｍｅ ｔ 可以模 拟正火、 火、 Ｈ ａ ｅ ｔ ｎ ） Ｔ 退 淬火、 回火、渗碳等工艺过程 ，能够 预测硬度、晶粒组织成分 、 扭曲和含碳量 ，并且有 专门的材料模型用于蠕变、相变 、 硬度 和扩散分析 同时可以分析材料晶相 ， 以及每种晶相 的弹－ 生、塑性、热和硬度属 ’ 生等。 多年 以来 由于热 处理 工艺的复杂性和对此认识的局 限， 使得对于热 处理 的计 算机模拟这一领域的研究一直都 是各国学者和专 家们 所致力的热点和重点。 目前 ， ｅ ｏｍ Ｄ ｆｒ 对所能进行 分析 的材 料和工艺类型见表 １ 其 中绿 色表示 ， 此模型功 能已实现，黄色代表该模型 尚处在研 发状态 。
（ 提高工模具 设计效率 ，降低生产和材料成本 ２）
ｆ 缩短新产 品的研 究开发周期。 Ｊ ３
温度、保温时间、冷却速度 ３个主要 因素 的有机 配合，使 其发生金属相的转变 ， 形成 各种 各样的组织结构 ． 而获得 所需要的使用性能的一种热加工工艺 。 为保证机械产 品的质量和使 用寿命 ， 通常都要将重要 的机械 零件进 行热 处理 ，例 如机床 制造业 中有 ６ ０％ ～ ７ ％ 的零件 耍进行 热处理 ，汽车 和拖拉 机制造业 中有 ０ ７ ％ ～８ ％ 的零件 要进行 热处理 ，工模具制 造业中则 ０ ０ １ ０ 要进行热处理。而旦 ，只 要选 择的金属材料合适 ， ０％ 热处理工艺得 当， 就能使机械零件 的使用寿命成倍 、 甚至 十几倍地提高 ， 收到事半功倍 的效果。因此 ， 热处理是机 械零件和工模具 制造过程 中的关键 工序 ， 电是机械工业 的
表 １ 卜Ｔ模块分析 Ｉ
项重要基础技 术， 对于提高和控制材 料的性能 ． 分发 充
挥材料 的性能潜 力， 节约材料 ， 减少能耗并增加产 品的可 靠 ’， 性 延长产品 的使用寿命 ， 提高生产单位经济效 益等都 具有十分重要的意义。因此 ，国际 工业
界公认 热处理技术的先进程度是 保证 机械制造技术先进与否和保证产品质嚣
１８ ： ９ ９ １～ ３ ｆ ７）
Ｄｅｏ ｍ 不仅仅是对应 力应变 以及金属相进 行分析 ， ｆ ｒ
气
而且还能够对产品的机械性 能进行 预测 和模拟。图４ 就显
示 了经过调质处理后 ，产品 的硬度 变化情况。 结束语
５ 顾剑峰 ．潘健生等 淬冷过程计算机模拟的若干进
展 金属 热处理 ，１９ ． ２ ０ １ ９ ８（ ）３ —３ １
的最关键 因素。
数值模 拟技术 数值模拟 技术 的出现改变了我们传
Leabharlann Baidu
艺设计方法 ， 通过计 算机 软件技 可以无需试模就能够预测工业实 中的金属流动情况 ， 是降低制造
维普资讯 http://www.cqvip.com
专
题
报
道
Ｆａ ｕｅ ｅ ｔｒｓ
工艺实例
为了更为形象地说 明Ｄ ｆ ｒ ｅｏ ｍ软件 在金属热处理工艺 设计 中的应用 ， 本文 以 齿轮锻 件的热处理工艺设计为例 进行 阐述 ，其渗碳工艺 方案如 图 １ 所示 。
（ 设计工具和 产品工艺流程 ， 少昂贵 的现场 试验 １ｊ 减
成 本
形与改性的生产方式 ， 是从属于材 料和 制造两大工
业领域 的交叉学 科与技术。 中， 其 金属材 料的热处理工艺
是在 固态条件下将金属或合金加热到一定 的温度 ． 保持一
定的时间， 然后用 不同的冷却 方法冷却下来。通过对加热
ｔ
’＇
芒
数值模 拟技 术在中国的发展与应用 已有二十 多年 了．
５ ８
的 １ ０ ｓ。 ３ ｋｉ
３ 樊东黎 论我 国热处理 生产的技 术改追 ． 金属 热处
理 ． Ｉ ９ ，７ ８ （）：２ ９ ８～２ ９
４ Ｋｏｈ ｙ ｓ ｉ ． ｈＳ Ｉ Ａｌ ｎ ｒ ａ ａｈ Ｏ ． ｔ Ｍ ｅ ａ Ｆ ｒ ｉ ｇａ ｈ Ｓ ａ ｔｌ ｏ ｍ ｎ ｎｄｔ ｅ Ｆｉｉ ｌｍ ｅｌ ｅｈｏ Ｎ ｅ Ｙｏ ｋ Ｏ ｘ ｏ ｄ Ｕｎ ｖ ｒ ｔ ｒｓ， ｎｔ Ｅｅ ｌ Ｍ ｔ ｄ ｅ ｆ ｗ ｒ ： ｆ ｒ ｉ ｅｓ ｙ Ｐ ｅｓ ｉ
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专
题
报
道
Ｆ ａ ｕｒ ｓ ｅ ｔ ｅ
Ｆｏ Ｍ Ｒ
理工艺设计 中的应用
国家模具 Ｃ Ｄ工程研究中心 Ａ 濮伸佳 马月青 董万鹏 胡广洪
全
成本 ， 缩短 研发周期高效而 实用 的工具 。 通过在计算机上
模拟整个产品 的加工 过程，帮助工程师和设计人 员：
软件平 台 Ｄ ｆｒ ２ ８１＋Ｈ ｅ ｏｍ ＤＶ Ｔ
硬件 平 台 －ＨＰＤ ３ ３０
系
统：Ｗｉｄ ｗｓ Ｐ Ｃ ＳＳ ２ ｎｏ Ｈ Ｐ Ｘ
图 １ 热处理 工艺示意图
模拟结果
一
低碳钢锥齿轮渗碳后油冷 而后再进行调 质处理。
图２ 的云 图清 晰地 表明了经过调 质处理后的锥齿轮 的马 氏 体含量由原来的 ８ ％下降到现在 的２ ％左右 ，其综合机 ０ ５ 械性能和疲劳强度都得到相应 的提升 ， 这和 已有的 实际经
验是完全一致构。
经过无数学者和专家 的努 力， 今天已成为了工厂产品设计 与开发的重要工具。由于我国的工业化起步较 晚， 发展水
平远远低于西 方工业 发达 国家，在材料模型、设备模型 、
数据挖掘等方面 的技 术积 累明显不足 ， 技术人 员在发展高
科技 ， 工艺的同时也不能放松对材料成形工业 的基础性 新
研究。
参考文献
１ 崔忠沂， 刘北兴编 金属学与热处理原理 哈 尔滨： 尔 哈 滨工业 大学出版社 ．１９ ９８ ２谭家骏 主编 金属材料厦热处理专业知识解答． 北京
国防 ｉ 业 版 社 ． １ ９ ９７
图３是对锥齿 轮在调质前后其硬度的对 比， 通过计算
机模拟 ， 我们可 以清楚地知道通过调质处理 ， 齿轮的耐磨 性 得到了提升， 向应 力也从原来的１ ０ ｓ降低到处理后 径 ６ ｋｉ
在众 多的模拟软 件中 ，由美 国 Ｓ Ｔ （ ｃ ｅ ｔ ｃ Ｃ Ｓ ｌｎ… Ｆ
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套 基于 有限单元法的工艺仿真软件 系统 ， 用于分析金属成 形 及其相关工业的各种成形工 艺和热 处理工 艺。 其中的热 处理 模块 （ ｅ ｔ ｒａ ｍｅ ｔ 可以模 拟正火、 火、 Ｈ ａ ｅ ｔ ｎ ） Ｔ 退 淬火、 回火、渗碳等工艺过程 ，能够 预测硬度、晶粒组织成分 、 扭曲和含碳量 ，并且有 专门的材料模型用于蠕变、相变 、 硬度 和扩散分析 同时可以分析材料晶相 ， 以及每种晶相 的弹－ 生、塑性、热和硬度属 ’ 生等。 多年 以来 由于热 处理 工艺的复杂性和对此认识的局 限， 使得对于热 处理 的计 算机模拟这一领域的研究一直都 是各国学者和专 家们 所致力的热点和重点。 目前 ， ｅ ｏｍ Ｄ ｆｒ 对所能进行 分析 的材 料和工艺类型见表 １ 其 中绿 色表示 ， 此模型功 能已实现，黄色代表该模型 尚处在研 发状态 。
（ 提高工模具 设计效率 ，降低生产和材料成本 ２）
ｆ 缩短新产 品的研 究开发周期。 Ｊ ３
温度、保温时间、冷却速度 ３个主要 因素 的有机 配合，使 其发生金属相的转变 ， 形成 各种 各样的组织结构 ． 而获得 所需要的使用性能的一种热加工工艺 。 为保证机械产 品的质量和使 用寿命 ， 通常都要将重要 的机械 零件进 行热 处理 ，例 如机床 制造业 中有 ６ ０％ ～ ７ ％ 的零件 耍进行 热处理 ，汽车 和拖拉 机制造业 中有 ０ ７ ％ ～８ ％ 的零件 要进行 热处理 ，工模具制 造业中则 ０ ０ １ ０ 要进行热处理。而旦 ，只 要选 择的金属材料合适 ， ０％ 热处理工艺得 当， 就能使机械零件 的使用寿命成倍 、 甚至 十几倍地提高 ， 收到事半功倍 的效果。因此 ， 热处理是机 械零件和工模具 制造过程 中的关键 工序 ， 电是机械工业 的
表 １ 卜Ｔ模块分析 Ｉ
项重要基础技 术， 对于提高和控制材 料的性能 ． 分发 充
挥材料 的性能潜 力， 节约材料 ， 减少能耗并增加产 品的可 靠 ’， 性 延长产品 的使用寿命 ， 提高生产单位经济效 益等都 具有十分重要的意义。因此 ，国际 工业
界公认 热处理技术的先进程度是 保证 机械制造技术先进与否和保证产品质嚣
１８ ： ９ ９ １～ ３ ｆ ７）
Ｄｅｏ ｍ 不仅仅是对应 力应变 以及金属相进 行分析 ， ｆ ｒ
气
而且还能够对产品的机械性 能进行 预测 和模拟。图４ 就显
示 了经过调质处理后 ，产品 的硬度 变化情况。 结束语
５ 顾剑峰 ．潘健生等 淬冷过程计算机模拟的若干进
展 金属 热处理 ，１９ ． ２ ０ １ ９ ８（ ）３ —３ １
的最关键 因素。
数值模 拟技术 数值模拟 技术 的出现改变了我们传
Leabharlann Baidu
艺设计方法 ， 通过计 算机 软件技 可以无需试模就能够预测工业实 中的金属流动情况 ， 是降低制造
维普资讯 http://www.cqvip.com
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题
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道
Ｆａ ｕｅ ｅ ｔｒｓ
工艺实例
为了更为形象地说 明Ｄ ｆ ｒ ｅｏ ｍ软件 在金属热处理工艺 设计 中的应用 ， 本文 以 齿轮锻 件的热处理工艺设计为例 进行 阐述 ，其渗碳工艺 方案如 图 １ 所示 。
（ 设计工具和 产品工艺流程 ， 少昂贵 的现场 试验 １ｊ 减
成 本
形与改性的生产方式 ， 是从属于材 料和 制造两大工
业领域 的交叉学 科与技术。 中， 其 金属材 料的热处理工艺
是在 固态条件下将金属或合金加热到一定 的温度 ． 保持一
定的时间， 然后用 不同的冷却 方法冷却下来。通过对加热
ｔ
’＇
芒
数值模 拟技 术在中国的发展与应用 已有二十 多年 了．
５ ８
的 １ ０ ｓ。 ３ ｋｉ
３ 樊东黎 论我 国热处理 生产的技 术改追 ． 金属 热处
理 ． Ｉ ９ ，７ ８ （）：２ ９ ８～２ ９
４ Ｋｏｈ ｙ ｓ ｉ ． ｈＳ Ｉ Ａｌ ｎ ｒ ａ ａｈ Ｏ ． ｔ Ｍ ｅ ａ Ｆ ｒ ｉ ｇａ ｈ Ｓ ａ ｔｌ ｏ ｍ ｎ ｎｄｔ ｅ Ｆｉｉ ｌｍ ｅｌ ｅｈｏ Ｎ ｅ Ｙｏ ｋ Ｏ ｘ ｏ ｄ Ｕｎ ｖ ｒ ｔ ｒｓ， ｎｔ Ｅｅ ｌ Ｍ ｔ ｄ ｅ ｆ ｗ ｒ ： ｆ ｒ ｉ ｅｓ ｙ Ｐ ｅｓ ｉ
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道
Ｆ ａ ｕｒ ｓ ｅ ｔ ｅ
Ｆｏ Ｍ Ｒ
理工艺设计 中的应用
国家模具 Ｃ Ｄ工程研究中心 Ａ 濮伸佳 马月青 董万鹏 胡广洪
全
成本 ， 缩短 研发周期高效而 实用 的工具 。 通过在计算机上
模拟整个产品 的加工 过程，帮助工程师和设计人 员：
软件平 台 Ｄ ｆｒ ２ ８１＋Ｈ ｅ ｏｍ ＤＶ Ｔ
硬件 平 台 －ＨＰＤ ３ ３０
系
统：Ｗｉｄ ｗｓ Ｐ Ｃ ＳＳ ２ ｎｏ Ｈ Ｐ Ｘ
图 １ 热处理 工艺示意图
模拟结果
一
低碳钢锥齿轮渗碳后油冷 而后再进行调 质处理。
图２ 的云 图清 晰地 表明了经过调 质处理后的锥齿轮 的马 氏 体含量由原来的 ８ ％下降到现在 的２ ％左右 ，其综合机 ０ ５ 械性能和疲劳强度都得到相应 的提升 ， 这和 已有的 实际经
验是完全一致构。
经过无数学者和专家 的努 力， 今天已成为了工厂产品设计 与开发的重要工具。由于我国的工业化起步较 晚， 发展水
平远远低于西 方工业 发达 国家，在材料模型、设备模型 、
数据挖掘等方面 的技 术积 累明显不足 ， 技术人 员在发展高
科技 ， 工艺的同时也不能放松对材料成形工业 的基础性 新
研究。
参考文献
１ 崔忠沂， 刘北兴编 金属学与热处理原理 哈 尔滨： 尔 哈 滨工业 大学出版社 ．１９ ９８ ２谭家骏 主编 金属材料厦热处理专业知识解答． 北京
国防 ｉ 业 版 社 ． １ ９ ９７
图３是对锥齿 轮在调质前后其硬度的对 比， 通过计算
机模拟 ， 我们可 以清楚地知道通过调质处理 ， 齿轮的耐磨 性 得到了提升， 向应 力也从原来的１ ０ ｓ降低到处理后 径 ６ ｋｉ