45钢热处理过程温度场的数值模拟
45钢热处理水冷过程分析
45钢热处理水冷过程分析任务书1. 设计的主要任务及目标建立有限元模型，模拟45钢热处理水冷过程温度场分布；通过实验研究， 分析热处理前后45钢组织和力学性能的变化，为优化热处理工艺提高零件质量 提供一定的理论依据。
2. 设计的基本要求和内容 1) 设计的基本要求：论文结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；论文格 式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
2) 设计内容：模拟45钢热处理水冷过程中温度场随时间的变化关系； 研究45钢热处理前 后组织及力学性能的变化；与合金钢水淬后的组织和力学性能进行比较，分析原因。
3. [1] [2] [3] [4] 主要参考文献ANSYS 有限元分析软件在热分析中的应用[J].冶金能源，2004 ( 05) 钢件淬火过程温度场的数值模拟[J].热加工工艺技术与材料研究，2008 ANSYS10.0热分析教程与实例解析45钢零件淬火过程温度场分布的数值模拟[J].重庆大学学报，2003 (03) 材料科学基础(铁碳合金相图与热处理部分)进度安排4.45 钢热处理水冷过程分析摘要：45钢是中碳优质结构钢，Wc=0.45%,冷热加工性能都不错，机械性能较好, 且价格低廉、较容易得到，因此应用广泛于机械制造。
常应用于小截面、中载荷的调质件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、链轮等，其最大不足时淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不适宜采用。
对于性能要求较高的零件，必须进行调质处理。
对45 钢进行调质处理后，得到均匀的回火索氏体，从而使其具有良好的综合力学性能。
研究本课题主要是通过实验和ANSYS 软件模拟。
其中包括对45 钢的热处理水淬以及热处理前后45 钢的力学性能和金相组织的对比；同时还与合金钢40Cr 热处理水淬的力学性能比较；由于工件在淬火过程中内外温差会导致热应力和组织应力的产生，利用有限元ANSYS 软件对45 钢热处理水淬过程的温度场进行模拟，分析工件的各个部分在热处理水淬过程中的温度变化情况，为优化热处理工艺，使工件经过热处理后获得比较好的力学性能提供一定的理论依据。
45号钢高速加工中切屑成形的数值模拟研究
45号钢高速加工中切屑成形的数值模拟研究【摘要】通过建立的正交切削有限元模型，采用Cockroft-Latham切屑断裂标准作为工件材料失效准则对45号钢高速加工过程进行了数值模拟，得到了崩碎状切屑的形成过程。
并对切削过程中获得的切削力曲线及切削温度场分布进行了分析。
加工过程中由于崩碎状切屑的不断产生导致切削力及切削温度产生较大的波动。
数值模拟结果为进一步研究45号钢高速加工切削机理及切削参数优化、刀具几何尺寸的设计提供了基础。
【关键词】45号钢;高速切削；崩碎状切屑；数值模拟在高速切削加工过程中，由于切削速度的增加，切削现象有了很大变化。
最显著的特征是很多金属的切屑形状发生改变。
在低速切削时，大多数金属的切屑形态主要是连续状，但是在高速切削时，许多金属切屑成形机理会发生变化，切屑形状以锯齿状、崩碎状为主。
因此研究工件材料切屑成形过程对于研究金属高速切削加工机理有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法大量应用于切削加工机理研究。
对于切屑成形的数值模拟研究，国内外学者已经做了大量有意义的研究工作。
Shi[1]采用了有限元方法模拟了材料连续状切屑形成。
Obikawa[2]基于应变的破裂准则模拟了锯齿状切屑成形，Ceretti[3]基于能量破裂准则模拟了锯齿状切屑成形，Baker[4]基于绝热剪切理论利用纯变形方法模拟了钛合金Ti6Al4V锯齿状切屑成形。
成群林[5]采用有限元方法模拟了ansi 4340 不连续状切屑成形过程。
本文以45号钢的高速切削过程为研究对象，以崩碎状切屑成形过程为研究目标，通过建立正交切削有限元模型对45号钢的高速切削过程进行了数值模拟及对其切削机理进行了深入的研究。
1 切削加工有限元模型45号钢高速正交切削加工的有限元模型如图1所示。
因为在高速切削过程中工件材料会发生严重变形，所以必需对工件待切削层网格进行细化，同时为了减少有限元计算时间，工件底部网格则进行适当的粗化。
45钢零件淬火过程中温度场的ABAQUS模拟
制造技术／工艺装备
条件心］，称之为给定热流密度的Ｎｅｕｍａｎｎ方程，可用 式（２）表示：
心Ｋ。务磊；几坞＊＋ＴＫｙａｙ乙ｎ ，ｙ＋ ＋Ｋｚ Ｔａ岛ｚ：吨（卜丁） 凡＝２凡ｃ Ｌ １＊一１）
………………………………………………（２） 式（１）、式（２）中：ｐ为材料密度；ｃ，为材料比热容；Ｋ。 Ｋ。Ｋ：为沿Ｘ、ｌ，、ｚ方向的热传导系数；Ｑ为物体内部 的热源强度；ｒｔ，、／７，”ｎ：为边界外法线的方向余弦；＾。为 物体与周围介质的对流换热系数；Ｔ。为环境温度；Ｔ 为零件表面温度。
拟［Ｊ］．集美大学学报，１９９８（３）． ［３］ 谭真，郭广文．工程合金热物性［Ｍ］．北京：冶金工业
出版社．１９９４． ［４］ 程赫明，王洪纲．圆柱体４５钢淬火过程热传导方程
逆问题的求解［Ｊ］．昆明理工大学学报，１９９６（６）．
作者简介：朱子宏，硕士研究生，主要研究方向：ＣＡＥ及先进制造。 作者通讯地址：上海大学西部小区Ｃ３—６０６室（上海２０００７２）
０引言
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ａｃ３（亚共析钢） 或Ａｃｌ（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之 全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷 速，快冷到Ｉ临界温度Ｍｓ以下（或Ｍｓ附近等温）进行马 氏体（或贝氏体）转变的热处理丁艺。
在淬火冷却过程中，因为零件内部温度分布不均 匀、组织转变过程的不均匀而形成热应力和相变应 力，这些应力的存在将直接影响零件的组织性能和使 用寿命。如果热处理不当，将会造成零件组织性能达 不到预定要求，甚至会产生过量变形或开裂而报废。 生产实践表明，淬火冷却过程是热处理工艺中返修率 最高和废品率最高的工序，是热处理质量控制中最难 掌握的环节。要评估淬火件的组织转变情况及淬火 残余应力，必须确定淬火冷却过程零件材料内部的温 度随时间的分布规律，因而淬火过程温度场的确定是 优化热处理工艺、提高零件内在质量的主要依据。
45钢热处理空冷过程分析【毕业作品】
任务书设计题目：45钢热处理空冷过程分析1．设计的主要任务及目标建立有限元模型，模拟45钢热处理空冷过程温度场分布；通过实验研究，分析热处理前后45钢组织和力学性能的变化，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2．设计的基本要求和内容1）设计的基本要求：论文结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；论文格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
2）设计内容：模拟45钢热处理空冷过程中温度场随时间的变化关系；研究45钢热处理前后组织及力学性能的变化；与45钢水淬后的组织和力学性能进行比较，分析原因。
3．主要参考文献1）ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[J].冶金能源，2004（05）2）钢件淬火过程温度场的数值模拟[J].热加工工艺技术与材料研究，2008（11）3）ANSYS10.0热分析教程与实例解析4）45钢零件淬火过程温度场分布的数值模拟[J].重庆大学学报，2003（03）5) 材料科学基础（铁碳合金相图与热处理部分）4．进度安排45钢热处理空冷过程分析摘要：45钢是一种十分常见及用量非常高的金属材料，硬度较低，强度较高，塑性和韧性好，切削加工性能较好，综合机械性能比较好。
通过适当的热处理以后可改变钢的内部组织结构，具有一定塑性、韧性和耐磨性。
45钢常用来做用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。
通过ANSYS有限元分析软件来模拟45钢热处理空冷过程中温度场随时间的变化关系，ANSYS结合了材料变温过程材料热物性参数的变化，特别适合钢件正火过程温度场的准确计算。
模拟得到试件温度随正火时间的分布关系图。
对45钢圆柱试样、冲击试样、拉伸试样进行热处理完成金相组织观察、拉伸试验、硬度测试试验，记录数据并比较结果；比较45钢热处理前后组织及力学性能的变化和与45钢水淬后的组织和力学性能的比较，通过实验结果表明：正火由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中珠光体量相对比较多，而且片层较细密，细化了晶粒，使碳化物分布均匀化，所以组织和性能有所改善，同时消除了材料残余应力。
45钢在不同热处理状态下的力学性能参考数据
59
790
21
63
760
670
25.5
67
Ф15
纵向，中心
调质
850
750
12
45
800
800
650
16
20
1000
750
600
25
55
1200
Ф≤16 Ф16～40
纵向，中心
820～850℃淬水，或 830～860℃淬油， 750～900
530～670℃回火
650～800
≥480 ≥400
≥14 ≥16
600～720 ≥360
≥18 ≥45
920
615
21.5 57.5
1100
255
835
525
23.5
61
1670
229
755
470
27
63.5
1780
208
≥700
≥500
≥15 ≥45
≥700
σb /MPa ≥650
≥700
σs /MPa ≥450
≥450
力学性能
δ5
ψ
(%)
(%)
≥17 ≥40
850℃淬水，550℃回火
热处理 830℃淬水，500～520℃回火，空冷 840℃淬水，580～650℃回火 815℃淬水或淬油，650℃回火，空冷 850℃淬水，550℃回火 815℃淬水或淬油，650℃回火，空冷 820～840℃淬水，580～640℃回火 840℃淬水或淬油，550～580℃回火，空冷 850℃淬水，550℃回火 815℃淬水或淬油，650℃回火，空冷
≥15 ≥12 ≥15 ≥12
基于ABAQUS的金属切削过程中刀具温度场模拟研究(45steel)
1 金属切削温度场理论
在金属切削过程中 ,热量的产生是由于加工过 程中工件塑性变形 、刀具的前刀面与切屑以及后刀 面与工件已加工表面之间的摩擦耗散能量造成的 。 局部能量耗散产生的热量因切削速度较高而没有足 够的时间扩散出去 。因此 ,从传热学的角度 ,该过程
的数学描述. 工具技术 ,1998 ,32 (8) :9～13 5 Chyan H C , Ehmann K F. Curved helical drill2points for micro2
hole drilling. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part B :Journal of Engi2 neering Manufacture ,2002 , (216) :61～75 6 茆诗松 ,王玲玲. 可靠性统计. 上海 : 华东师范大学出版 社 ,1984 7 叶慈南 ,曹伟丽. 应用数理统计. 北京 :机械工业出版社 , 2004
根据机械工业出版社的要求 ,作者在“QPQ 盐浴复合处理技术”一书的基础上做了大规模的修改 ,补充了 作者近 10 多年来的大量科研成果和试验数据 。同时也纳入了国外的最新研究成果 ,特别是理论研究方面新 的试验结果 。
新书叙述了 QPQ 技术的开发过程 、技术特点 、渗层基本原理 、渗层组织和性能 、生产操作 、实际应用和深 层 QPQ 技术等内容 。
收稿日期 :2008 年 5 月
可以被认为是绝热的 。金属切削加工所产生的热主 要集中在第 I 和第 II 变形区 ,如图 1 所示 。在第 I 变形区 ,工件以较高的应变率承受大的剪切变形 ,所 以该区域温度的升高主要是由塑性变形产生的 。在 第 II 变形区 ,温度的升高主要是由刀屑之间的摩擦 相互作用产生的 。
热轧全流程带钢温度场数值模拟
ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2003年第43卷第5期2003,V o l .43,N o .56 366012604热轧全流程带钢温度场数值模拟沈丙振1, 周 进1, 韩志强1, 柳百成1, 赵克文2, 焦景民2(1.清华大学机械工程系,北京100084;2.四川攀枝花钢铁集团公司,攀枝花617062)收稿日期:2002208220作者简介:沈丙振(19732),男(汉),河南,博士研究生。
通讯联系人:柳百成,教授,E 2m ail :liubc @m ail.tsinghua .edu .cn 摘 要:为精确预测轧件的温度场、优化轧制工艺和提高最终产品的质量水平,通过对钢坯的加热和轧件轧制过程传热关系的分析,采用有限差分法建立了热轧全流程各环节轧件三维温度场的数值计算模型。
结合钢厂实际生产条件,利用该模型模拟了各环节轧件的温度场,并与实测结果进行了比较,验证了计算结果的准确性。
研究表明,轧制速度和终轧厚度对轧件温度影响较大,压下率和轧辊温度对轧件温度有一定的影响,其他工艺因素的影响较小。
关键词:热轧;轧件;温度场;数值模拟中图分类号:T G 335.11文献标识码:A文章编号:100020054(2003)0520601204Nu m er ica l si m ula tion of pla te tem pera tured istr ibution dur i ng hot rolli ngSHEN B ingzhe n 1,ZH OU J in 1,HAN Zhiq ia ng 1,L I U B a iche ng 1,ZHAO Kew en 2,J I A O J ingm in 2(1.D epart men t of M echan ical Eng i neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na ;2.Panzh ihua Iron &Steel Co mpany ,Panzhihua 617062,Chi na )Abstract :T he temperature distributi on in the p late during ho t ro lling m ust be accurately p redicted to op ti m ize the ho t ro lling p rocess and i m p rove the quality of ho t ro lling p roducts .Am athem atical model using the finite difference m ethod w as developedtonum ericallysi m ulatetheth ree 2di m ensi onaltemperature distributi on in the p late during every p rocessing stage based on the analysis of the heat transfer during the p rocess .T he modelp redicti on of the temperature field in the p late during p roducti on agreed w ell w ith experi m entally m easured temperatures during every p rocessing stage .T he results show that the ro lling speed andp roduct th ickness have effect on the p late temperatures w hile the ro lling temperature and reducti on rate are less i m po rtant,and the o ther p rocess param eters have little effect .Key words :ho t ro lling;m etal p rocessing;temperature distributi on;num erical si m ulati on 在轧件加热和轧制过程温度场的研究中,多采用二维有限单元法计算轧制过程中轧件纵断面或横断面的温度分布,或计算轧件某一部分在轧制过程中的三维温度场[1～6]。
Q345钢热变形奥氏体晶粒尺寸的数值模拟
ｓ锄ｐｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ
ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ＿＾蚀ｒｃ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｃｒ）ｒｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｉＩｌｌｕｌａｔｅ ａｎｄ
ｄｙｒ啪ｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｅｗ
ＣＨＥＮ Ｑｉｎ鲥ｕｎｌ”，ＫＡＮＧ Ｙ帅乎ｌｉｎｌ”，ｚＨＡＮＧ Ｙ蛳２，ＬＩ Ｃｈ饥乎ｘｉ姗窖，、ＭＡＮＧ ｃｈｕｎ－ｍｅｉ３ （１，２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｊｉｎａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｎａｎ ２５００１０，Ｃｈｉｎａ）
［２］ Ｍａｃｃａｇｎｏ Ｔ Ｍ，Ｊｏｎａｓ Ｊ Ｊ，Ｈｏｄｇｓｏｎ Ｐ Ｄ．ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔ ｍｏｄｅｌ—
ｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｉｎ蓟ｚｅ ｅｖ０１ｕｔｊｏｎ ｄｕ—ｎｇ ｒｏｄ ｍｌＪｉｎｇ［Ｊ］．ＩＳＵ Ｉｎｔｅ丌１ａ—
ｔｉｏｍｌ，１９９６，３６（６）：７２０—７２８．
［３］ Ｅｌ、Ⅳａｚ—Ａ Ｍ，ｗａｎｊａｒａ Ｐ，Ｙｕｅ ｓ Ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ
３．济南钢铁集团总公司，山东济南２５００１０）
摘要：用Ｇｌｅｅｂｌｅｌ５００型热模拟机进行了单道次压缩变形试验，分析了不同变形工艺参数对
Ｑ３４５钢奥氏体晶粒尺寸的影响规律，根据试验结果，建立了动态再结晶数学模型及其材料数据
45钢交流闪光对焊焊接热影响区晶粒长大的数值模拟
45钢交流闪光对焊焊接热影响区晶粒长大的数值模拟
张根元;陈洪莲;徐迈里;吴建建
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2008(032)007
【摘要】基于45钢轴对称件交流闪光对焊过程的实测温度场和焊接热循环曲线的拟合处理,结合Monte Carlo(MC)算法确定的模拟模型常数,建立了焊接热影响区晶粒长大的模拟时间tMCS与实际时间t、温度T之间的关系,用MC方法模拟了焊接热影响区的晶粒长大.结果表明:在相同的tMCS值下,MC模拟热循环过程后晶粒平均尺寸约为等温加热转变过程后晶粒尺寸的70%左右;焊接热循环加热阶段后的晶粒尺寸仅为最终晶粒尺寸的25%～30%;模拟值与试验结果基本吻合.
【总页数】5页(P75-78,86)
【作者】张根元;陈洪莲;徐迈里;吴建建
【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213022;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江宁波315201;河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022
【正文语种】中文
【中图分类】TG457.11
【相关文献】
1.细晶钢焊接热影响区晶粒长大及组织转变 [J], 田志凌;屈朝霞;杜则裕
2.45钢交流闪光对焊焊接热影响区晶粒长大的遗传算法 [J], 张根元;徐迈里;田松
亚;文芳
3.重型汽车半轴用45MnSiVSQ非调质钢晶粒长大试验研究 [J], 严超峰;冯毅;丁福明;高翔;马鸣图;谢余
4.铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟 [J], 莫春立;李殿中;钱百年;国旭明
5.400MPa超细晶粒钢直流电阻闪光对焊接头组织的数值模拟 [J], 王维斌;史耀武;雷永平;田志凌
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45钢及T10钢热处理实验
45钢和T10钢热处理实验一、实验仪器与试样1．试样：Ф20×18mm2. 箱式电阻炉，布氏硬度计，洛氏硬度计，砂纸、水（20～30℃）二、实验内容与步骤（一）45钢(退火或正火，淬火，回火)1. 对热处理前的45钢试样进行硬度测试。
采用布氏硬度计对原始试样进行硬度测试，共测三次取平均值。
注意试样表面应光滑平坦，不应有氧化皮及油污等。
本实验可用砂纸打磨后用丙酮清洗干净后进行测量。
2. 对45钢进行完全退火并测硬度（1）加热温度45钢的完全退火是加热到Ac3以上30～50℃，即780+30～780+50，在810～830℃之间取一个温度值。
（2）加热速度：形状简单的碳素钢可以随炉升温，不控制加热速度。
（3）保温时间一般碳素钢在温度800℃左右的箱式电阻炉中加热，以每毫米直径或每毫米厚度保温 1.0～1.5min为宜。
本实验按1分钟/每毫米直径确定保温时间按为20min。
（4）冷却速度一般情况下碳钢的冷却速度为100~150℃/h。
本实验试样随炉冷却到500℃左右可出炉空冷。
完全退火后的试样先用砂纸将表面的氧化皮和脱碳层打磨掉，然后采用布氏硬度计进行硬度测试，共测三次取平均值。
3. 对45钢进行正火并测硬度与上述完全退火工艺相同，不同的是最后冷却的时候，保温一段时间后将试样直接从炉中取出空冷。
正火后的试样先用砂纸将表面的氧化皮和脱碳层打磨掉，然后采用布氏硬度计进行硬度测试，共测三次取平均值。
注：钢的退火和正火每个小组自由选择其中一个工艺做即可4.对45钢进行淬火并测硬度。
加热温度，加热速度，保温时间和完全退火工艺相同，所不同的是冷却的时候，保温一段时间后直接将试样从炉中取出，然后迅速将试样淬入水中，注意淬入水后要不停的运动，破坏试样表面蒸气膜的形成。
同时水温控制在40℃以下，还必须不断补充新水，冷却水要保持清洁，否则也会降低冷却能力。
淬火后的试样先用砂纸将表面的氧化皮和脱碳层打磨掉，然后采用洛氏硬度计进行硬度测试，共测五次取平均值。
Q345钢热变形奥氏体晶粒尺寸的数值模拟
24
如图 2 所示，其中 AB、CD 边定 义为刚性边，EF 为热模拟试样的 轴对称中心线，G、H 是沿轴向高 度一半的位置试样心部和边部的 节点。试样采用 Ф8×15mm 的圆 柱，变形温度 1000℃，变形速率 取 0.05s-1。根据热模拟试验数据， 建立了该钢种的材料数据库， 分别 采用 Hodgson 再结晶模型和本文
表 2 动态再结晶晶粒尺寸
Table2 Measured grain sizes after dynamic recrystallization (µm)
应变速率/s-1 温度/K 0.01 1273K 时的奥氏体晶粒尺寸(µm) 1373 K 时的奥氏体晶粒尺寸(µm) 43 72 0.1 33 60 0.3 24 47
则335900exp1080711则峰值应力1712峰值应变103313242动态再结晶晶粒尺寸研究表明当变形达到稳态流变应变后动态再结晶和动态回复造成的软化与应变硬化达到平衡动态再结晶晶粒尺寸不再随应变变化动态再结晶晶粒尺寸和初始晶粒大小无关动态再结晶晶粒尺寸同z因子有如下关系drxaz为常数z为zenerhollomon参数为了测定奥氏体晶粒尺寸沿热模拟试样的轴向切开经过砂纸研磨抛光后用过饱和苦味酸水溶液少量海鸥牌洗发膏腐蚀剂热腐加热温度在6080之间腐蚀时间大约分钟左右
(10)
5.807 Z = 42.14 ⋅ σ P
(11)
则峰值应力 σ p = 0.525 ⋅ Z 0.17
(12)
峰值应变[5] ε p = 1.33 ×10 −3 ⋅ Z 0.188
45#钢加热及淬火工艺过程数值模拟分析
45#钢加热及淬火工艺过程数值模拟分析1.前言随着我国冶金、电力、石化以及造船等各行业的快速发展，大型锻件作为重要的装配零件，其需求量越来越大，同时对其技术含量和质量要求也越来越高。
由于它具有尺寸大、重量大的特点，大锻件的热处理过程往往十分复杂，需要制订出合理的工艺来保证锻件的最终性能能够满足使用要求。
热处理模拟技术的出现和发展为大锻件的热处理工艺预测与制订提供了一种既省时又有效的研究方法。
本课题的主要目的是研究与分析对热处理过程中温度-组织-应力三者进行耦合求解的数学模型，准确测定45钢大型锻件中不同组织在不同温度下的热物性参数（密度，比热和导热系数）。
在此基础上，对典型大锻件加热及淬火过程进行模拟，预测冷却过程中工件内部各质点的温度与组织的变化情况。
在此基础上，制订合理的锻件淬火工艺，保证转子表面和心部温度分布均匀和组织转变一致，从而减小内应力，避免淬裂危险。
在制定大锻件的热处理工艺时，有如下几个问题：（1）传统的解析方法几乎不可能实现对热处理过程中―温度场-组织场-应力场‖三者的耦合求解。
（2）单凭经验可能使生产出来的工件性能不符合要求，造成巨大损失。
（3）由于大锻件尺寸大、重量大，难以进行实物研究。
（4）通过研究制定中小型件的热处理工艺来推算大锻件的热处理工艺，由于两者尺寸相差太大，工艺特征差异也很大，此种方法亦不妥。
20世纪70年代以来，随着计算机技术的发展，数值模拟（或称计算机模拟）方法得到迅速发展。
数值模拟是以物理模型为基础，建立数学模型，通过计算机求解给出各场量分布的定量数据。
计算机求解多用离散化的方法求近似解。
由于计算机容量大，计算速度快，可以得到足够精确的近似解。
数值模拟虽然不能直接给出相态分布、应力分布与工艺参数的函数关系式，但它能对温度场-组织场-应力场进行耦合计算，给出每一瞬时的各场信息，并直接观察到它们在热处理过程中的变化情况。
数值模拟要求的只是数学模型的一致性，在计算中可以认为材料各物性参数是温度和组织状态的函数，不像用物理模拟方法时要求各物理量都满足相似原理，才能将小试样实测结果直接用到实物上。
45Cr4NiMoV支承辊淬冷温度场仿真与淬硬深度预测
0 引 言 45Cr 4NiM oV 支承辊是二重集团公司新开发的锻
钢支承辊, 国内对该型号合金钢的研究较少, 其耐磨性 和抗断裂性远优于 70Cr3NiM o 等低 CR 支承辊, 延长 了 换 辊 周 期。因 此, 迄 今 为 止, 二 重 集 团 公 司 的 45Cr 4NiM oV 支承辊已基本上替代了 70Cr3NiM o 等 低 CR 支承辊。该集团公司的 45Cr4NiM oV 支承辊是 整锻支承辊, 为使支承辊具有耐磨性和抗断裂性, 通过 差温热处理, 采用不烧透加热喷雾淬火工艺, 使辊身表 面淬硬, 而心部保留韧性组织[ 1- 3] 。为了从理论上检验 该型号支承辊辊身的淬硬层深度和硬度, 本文对图 1 所示尺寸支承辊喷雾淬火温度场进行了计算机仿真计 算, 并结合 T hermo -calc 软件[ 4] 和美国橡树岭 国家重 点 实 验 室 提 供 的 T T T and CCT P redict ion 与 M icrost ruct ure Predictio n 预测平台进行分析[ 5] , 得出 支承辊辊身的淬硬层深度和硬度, 为实际生产中热处 理工艺提供有力理论依据。
[ 3 ] 钟 良, 刘继 光. 不锈钢轴 和表面强 化工艺[ J ] . 轻工 机械, 2005, 23( 2) : 81- 82.
[ 4] BJA RBO A . Comp ut er s imulat ion of grow th an d coarsening of laves phase in a modif ied 12% chromium st eel [ J ] . Scandin avian Journal of M et al lurgy, 2003, 32( 2) : 94- 96.
( 2)
45号钢热处理
45号钢要求硬度HRC40-50，是不是要淬火+低温回火？换算成布氏硬度大约是380～470HB，根据一般热处理规范，热处理制度与硬度关系大致如下：淬火温度：840℃水淬回火温度：150℃回火，硬度约为57HRC；200℃回火，硬度约为55HRC；250℃回火，硬度约为53HRC；300℃回火，硬度约为48HRC；350℃回火，硬度约为45HRC；400℃回火，硬度约为43HRC；500 ℃回火，硬度约为33HRC；600℃回火，硬度约为20HRC一般情况下热处理工艺都指标准范围内中间成分，且热处理温度都存在一个调整范围，如成分在范围内存在偏差，可以相应调整淬火温度和回火温度21.临界温度指钢材的奥氏体转变温度。
不同含量的钢材有着不同的临界点，但临界点有着一个范围内的浮动，所以下临界点温度指的就是奥氏体转变的最低温度。
2. 常用碳钢的临界点钢号临界点(℃)20钢735-855 (℃)45钢724-780 (℃)T8钢730 -770(℃)T12钢730-820 (℃)3 20Cr，40Cr，35CrMo，40CrMo，42CrMo：正火温度850-900℃，45号钢正火温度850℃左右。
4 20CrMnTi Ac1 Ac3 Ar1 Ar3740 825 680 7305Cr12MoV热处理知识Cr12MoV钢是高碳高铬莱氏体钢，常用于冷作模具，含碳量比Cr12钢低。
该钢具有高的淬透性，截面300mm以下可以完全淬透，淬火时体积变化也比Cr12钢要小。
其热处理制度为：钢棒与锻件960℃空冷+ 700～720℃回火，空冷。
最终热处理工艺：1、淬火：第一次预热：300～500℃，第二次预热840～860℃；淬火温度：1020～1050℃；冷却介质：油，介质温度：20～60℃，冷却至油温；随后，空冷，HRC=60～63。
2、回火：经过以下淬火工艺，可以达到降低硬度的作用，具体回火工艺如下：加热温度400～425℃，得到HRC=57～59。
45钢热处理过程温度场的数值模拟
45钢热处理过程温度场的数值模拟任务书1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解45钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉45钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS 软件；掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法，通过毕业设计为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2．主要任务（1）制定45钢热处理工艺。
（2）模拟计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。
（3）模拟计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。
（4）分析热处理过程温度场分布对45钢组织和力学性能的影响。
（5）撰写毕业论文。
结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
3．主要参考资料[1] 赖宏，刘天模. 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[J].重庆大学学报，2003，26（03）:82-84.[2] 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟[J]. 新技术新工艺，2008，（11）：97-99.[3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-3084．进度安排45钢热处理过程温度场的数值模拟摘要：本论文中45钢的热处理工艺是通过复习《金属学与热处理》一书中钢的热处理原理来制定的，并借助ANSYS有限元软件建立轴对称模型，对其施加温度载荷来模拟计算热处理过程中某些时刻温度场的分布以及某些特定位置温度随时间的变化关系。
结果表明：热处理加热过程开始时，圆柱体侧面的升温速度最快，中心处升温速度最慢，其余位置的速度介于二者之间，工件整体升温速度随着时间的增加逐渐下降；热处理冷却过程开始时，圆柱体侧面的降温速度最快，中心处最慢，其余位置的速度介于二者之间，另外，刚开始工件整体降温速度较快，随着时间的增加，工件整体降温速度逐渐下降。
45钢零件感应热处理过程温度场的有限元模拟及组织研究
" " # ! $ （ ） " "=< " " " ! 钢的磁导率和介电常数； 其中， , ! 和" 分别为+
!" #<! "
! 为矢量磁势； # 为标量电势； " 为传导电流密度 < 矢量； ・ ; %； !" 为拉普拉斯 ! 为体电荷密度， $
" " " " " " 算子， !"= > > " " " ! " # " % $ " 模拟工件的感应加热过程是非线性瞬态热分
C D E F G F 模拟二维工件感 应 加 热 过程
C > " 前处理 考虑到工件的轴对称性特征， 产生的电磁场 在线圈的任意竖直横截面上是相同的， 横截面上 电磁场以对称形式分布!因此， 本文以工件 & ／ ’ 横截面进行分析计算! 假设大圆以外无磁场分布， 大圆与小圆之间 区域为远场区域， 小圆内为近场区域!近场区域 内部工件和线圈按实际感应加热位置分布 （如图 ） ’ ! 采用分步模拟法， 在电磁场模拟中， 选择工件、
! " （"#!"$） （ ） " $ % ! #" 其中， $ 为表面换热系数； " 为物体边界； "#， "$
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分别为工件表面温度及淬火介质温度!
! 模拟过程中所需的主要物性参数
在实际感应加热过程中， 材料本身的一些物 性参数， 对加工工艺起着重大的影响， 其中一些物 性参数会随温度的上升发生明显的变化!因此， 在数值模拟中， 有必要对这些物性参数进行重点 考虑!通过有限元分析软件中的插值法， 记录温 度变化过程中这些物性参数的数值变化， 来模拟 其在生产加工中随温度的变化!
基于DEFORM-HT的45#钢模具热处理工艺模拟研究
基于DEFORM-HT的45#钢模具热处理工艺模拟研究曾珍珍; 唐华伦; 单雨祥; 邱寅【期刊名称】《《机电工程技术》》【年(卷),期】2019(048)009【总页数】3页(P46-48)【关键词】DEFORM-HT; 热处理; 45#钢; 模具; 计算机模拟【作者】曾珍珍; 唐华伦; 单雨祥; 邱寅【作者单位】湖南城市学院机械与电气工程学院湖南益阳 413000【正文语种】中文【中图分类】TG1560 引言模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。
模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本，而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理影响[1]。
本文将DEFORM-HT有限元模拟软件与塑料模具钢的热处理生产过程相结合，模拟并分析建立常用的塑料模具钢45#钢在热处理过程中其温度分布均匀度、硬度变化以及结构相变等数学模型，从而可靠地对采用45#钢的模具使用情况进行分析。
1 模具模型的参数设定及建模1.1 几何模型的选取介绍目前国内市场对中高档模具的需求量很大，其中家电、塑料等行业对模具需求最大。
因此针对某工厂生产用于家电制造的模具，对其导柱部分进行建模，材料为45#钢材。
选取模具生产中常用的带肩型油槽导柱，如图1、图2所示。
1.2 模具导柱生产的热处理工艺流程图1 带肩型油槽导柱45#钢为优质碳素结构用钢，被普遍用于塑料模具的生产制造，因此也叫塑料模具钢。
45#钢其冷塑性能一般，但在进行退火、正火后其性能要较调质处理时好，具有较高的强度以及较好的切削加工性[2]。
未经热处理时，其布氏硬度值不超过229；但采用不同的热处理时其性能也有差异：45#钢淬火后回火前其洛氏硬度要大于55，且最高可达洛氏硬度62，但实际上应用的最高硬度常为HRC55，若为高频淬火则最高硬度为HRC58。
热处理后进行淬火其洛氏硬度值可以达到42～46，这样不仅能够确保其优异的机械性能，又能达到表面硬度要求。
45#钢圆柱齿轮淬火过程温度场的模拟及工艺优化
45#钢圆柱齿轮淬火过程温度场的模拟及工艺优化杨雄;吴林峰;吴丙丰【摘要】齿轮在整个机械行业中使用十分广泛,其制造质量、性能好坏直接影响到齿轮能否达到使用要求与使用寿命。
在齿轮制造过程中,热处理是齿轮机械加工后又一个对齿轮质量产生决定性影响的环节。
实际生产过程中影响圆柱齿轮淬火性能最突出的因素为淬火工艺,工艺是否满足材料的使用要求,是否符合特定的工况条件,对于淬火性能影响规律如何等是研究淬火的重要方向。
针对淬火工艺,先固定水温为20℃,改变淬火温度下进行温度场分析,然后固定淬火温度为830℃,改变水温进行温度场分析,并对不同工艺下模拟结果通过 Origin软件绘制曲线图进行了对比分析。
研究结果显示,固定钢的淬火温度,随着淬火介质水的温度升高,温度差在不断减小,由此可知水温度的升高有利于降低温差；固定淬火介质水的温度,随着钢的淬火温度升高,温差也升高,由此可知钢温度升高不利于降低温差；淬火温度在830℃,介质温度在35℃时变形量最小,即工艺最优。
【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2015(000)028【总页数】6页(P61-66)【关键词】圆柱齿轮;温度场;淬火温度;介质温度;工艺优化【作者】杨雄;吴林峰;吴丙丰【作者单位】长江大学机械工程学院，湖北荆州434023;长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023;长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023【正文语种】中文【中图分类】TG156.34齿轮是各类机械产品传动系统中的关键零件，其性能的优劣直接影响产品的整体质量。
齿轮作为关键的传动零件需要很好的耐磨性和较高的硬度，因此齿轮一般必须经过表面热处理来提高其表面的耐磨性和硬度，实际生产中较常采用表面热处理方式为渗碳淬火［1］。
对零件热应力，组织应力以及钢的强度极限有影响的主要因素有零件结构设计、淬火时钢的初始温度（当温度过大时使奥氏体组织粗大，降低钢的极限强度）、冷却方法及冷却介质。
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45钢热处理过程温度场的数值模拟任务书1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解45钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉45钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS 软件；掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法，通过毕业设计为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2．主要任务（1）制定45钢热处理工艺。
（2）模拟计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。
（3）模拟计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。
（4）分析热处理过程温度场分布对45钢组织和力学性能的影响。
（5）撰写毕业论文。
结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
3．主要参考资料[1] 赖宏，刘天模. 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[J].重庆大学学报，2003，26（03）:82-84.[2] 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟[J]. 新技术新工艺，2008，（11）：97-99.[3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-3084．进度安排45钢热处理过程温度场的数值模拟摘要：本论文中45钢的热处理工艺是通过复习《金属学与热处理》一书中钢的热处理原理来制定的，并借助ANSYS有限元软件建立轴对称模型，对其施加温度载荷来模拟计算热处理过程中某些时刻温度场的分布以及某些特定位置温度随时间的变化关系。
结果表明：热处理加热过程开始时，圆柱体侧面的升温速度最快，中心处升温速度最慢，其余位置的速度介于二者之间，工件整体升温速度随着时间的增加逐渐下降；热处理冷却过程开始时，圆柱体侧面的降温速度最快，中心处最慢，其余位置的速度介于二者之间，另外，刚开始工件整体降温速度较快，随着时间的增加，工件整体降温速度逐渐下降。
整个热处理过程中，工件中心和侧面的温度差随时间的增加而减少。
关键词：有限元法，45钢 ,热处理 ,温度场The heat treatment of 45 steel's temperature field simulation Abstract：In this essay, 45 steel heat treatment process is through the review,author of sinosteel metallography and heat treatment of heat treatment principle to develop, with ANSYS finite element software axisymmetric model was established, and apply to simulation calculation at some point in the heat-treating process, distribution of the temperature field and certain position of temperature with time relationship. The results show that the heating temperature of the side face is the fastest and the center temperature is the slowest and the other position is between the two, the temperature of the workpiece increases gradually with the increase of time.Heat treatment cooling process, the outer surface of the fastest cooling, the center is the slowest, the rest of the speed between the two,moreover, the overall cooling rate of the workpiece is relatively fast, and the overall cooling rate of the workpiece decreases gradually with the increase of time. Throughout the heat treatment, the temperature difference of the workpiece center and the side face decreases with the increase of time.Keywords: Finite element simulation，45steel，Heat treatment,Temperature field simulation目录1 前言 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究进展 (3)1.3 研究的内容及方法 (4)2 数值模拟技术的概述 (5)2.1 ANSYS软件的基本原理 (6)2.2 热处理温度场数值模拟的基本理论 (7)3有限元模拟过程 (9)3.1 45钢的热处理工艺 (9)3.2 有限元建模 (9)3.2.1 热物性参数的选择 (10)3.2.2 网格划分 (10)3.3 ANSYS模拟过程 (11)3.3.1 建模 (11)3.3.2 定义材料热物性参数 (12)3.4 加载求解阶段 (12)3.5 结果及分析 (12)3.5.1 正火过程 (12)3.5.2 淬火过程 (16)3.5.3 回火过程 (20)3.5.4 对各点温度随时间变化的曲线图分析 (24)4 结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)1 前言材料不仅是人类赖以生存和发展的物质基础，而且是社会发展和进步的标志。
根据制造工具生产的材料历史学家将人类生活分为石器时代、青铜时代和铁器时代。
到20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱，80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活休戚相关。
现今材料的品种、数量和质量已经是衡量一个国家科学技术和国民经济水平及国防力量的最重要的因素，其中钢铁材料占据尤为重要的地位。
钢一直从铁器时代沿用至今，其在工业发展中有巨大的重要性。
钢材是合金机构材料中尤其重要，45钢是使用最频繁的钢材之一，由于其综合性能较好，机械、医疗和日常生活等各个领域广泛使用，尤其是在机械制造方面，广泛用于各种重要的结构零件，比如那些在交变负荷下使用的连杆、螺栓、汽车拖拉机半轴和柴油机零件等。
因此，研究钢的热处理对改进钢的性能有着积极重要的作用和意义，钢材热处理方面的探索和前进定会促进社会的进步以及推动21世纪全球高速发展的步伐，必将引领一场空前绝后的工业大潮。
1.1研究目的及意义热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构来控制其性能的一种金属热加工工艺[1]。
热处理工艺有时只有加热和冷却两个过程，加热是热处理的重要工序之一。
金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，后来应用液体和气体燃料。
电的应用不仅使加热易于控制，且不会对环境造成污染。
利用这些热源可以直接进行加热，也可以通过熔融的盐或金属，借助浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能会产生很不利的影响。
因而金属通常应在可控气氛或熔融盐中、保护气氛中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要标志。
加热温度因被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。
另外转变需要一段的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。
采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般不需要保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长[2]。
冷却也是热处理工艺过程中必不可少的步骤，因制定的热处理工艺不同冷却方法也会不同，主要是控制冷却速度。
一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度最快，淬火的冷却速度更快。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一，它不仅能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，而且还可以改善工件的工艺性能，提高加工质量，减少刀具磨损。
为了体现45钢最佳的综合性能，必须制定合理的热处理工艺。
常用的热处理工艺主要有正火、淬火、回火等，影响其热处理工艺的因素主要有加热温度、保温时间、冷却速度等。
45钢既是中碳结构钢，又是优质碳素结构用钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用[2]。
但其硬度不高，易切削加工，模具中常用来做模板、梢子、导柱等，但是机加工前必须预先经过热处理[3]。
但其强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等[4]。
水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油中淬火；焊接性差[5]。
45钢在淬火后没有回火前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。
GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为≥600Mpa,屈服强度为≥355MPa，伸长率为≥16%，断面收缩率为≥40%，冲击功为≥39J。
45钢的化学成分及不同国家的45钢钢号如表1.1和表1.2所示。
表1.1 45钢的化学成分表1.2 不同国家对45钢钢号的表示1.2 国内外研究进展近年来，钢制零件的表面热处理,大多采用传统的高频或中频感应加热淬火。
之后一般还要进行磨削加工,以获得所要求的尺寸精度、形状精度和表面质量。
多年来，国外热处理技术发展很快，包括可控气氛热处理、真空热处理、离子热处理、新型化学热处理、高能率热处理以及电子计算机在热处理中的应用等，此外，节能、节材的工艺和设备也在不断地发展。
建国以来，我国的热处理技术也有了很大的发展，现有热处理生产厂点一万余家，热处理加热设备十万多台，年生产能力660多万吨钢件，年产值约50亿元[6]。