激光表面淬火在ANSYS中的数值模拟

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45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[1]

2003年3月重庆大学学报Mar.2003　第26卷第3期Journal of Chongqing University Vol.26　No.3 文献编号:1000-582(2003)03-0082-0345钢零件淬火过程温度场的ansys模拟Ξ赖　宏,刘天模(重庆大学材料科学与工程学院,重庆　400044)摘　要:ansys有限元软件在温度场的模拟过程中,很好地结合了材料变温过程材料热物性参数的变化,特别适用于钢件淬火过程温度场的准确计算。

通过利用ansys有限元分析软件对几何外形复杂的45钢零件淬火过程温度场进行有限元模拟,得到了零件温度随淬火时间的分布关系。

模拟结果与实际过程一致,且运算速度较快,适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化,并为精确计算淬火过程中的热应力、残余应力做好了准备工作。

关键词:淬火;温度场;有限元;ansys模拟;非线性热物性参数中图分类号:TG156.34文献标识码:A 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。

淬火过程温度分布的传统分析方法是实验测定和经验判断。

由于淬火是一个相当复杂的过程,受多种因素影响,而各影响因素之间又相互作用、相互制约。

因此传统的方法不能完整、全面、准确地分析和预测淬火过程的温度场[1]。

计算机模拟(仿真)可将热处理过程的物理现象和零件的几何造型有机地结合起来,实现动态的、逼真的模拟,因此用这一技术分析和研究淬火过程已受到高度重视。

曲轴表面激光冲击强化的数值仿真

文章编号:1004-2539(2010)08-0067-03曲轴表面激光冲击强化的数值仿真王红军(南京工业职业技术学院,　江苏南京　210046)摘要　应用ANSY S有限元分析软件,分析了激光冲击强化对柴油机曲轴过渡圆角处的残余应力分布影响,比较模拟结果与试验值,得到的模拟结果与试验值基本吻合,证明了有限元模拟的方法及模拟前相关参数制定的正确性。

通过ANSY S模拟,可优化激光冲击强化的相关参数,使曲轴过渡圆角处产生有利的残余应力场。

关键词　曲轴　激光冲击　强化　有限元Numerical Simulation of Laser Impacting R einforcementof the Crankshaft SurfaceWang H ongjun(Nanjing Institute of Industry T echnology,Nanjing210046,China)Abstract　E ffect of laser im pacting rein forcement on the residual stress distribution of fillet for the diesel engine crankshaft is analyzed by ANSY S finite element analysis s oftware.The simulation results are com pared with the experi2 mental data,the simulation results are basically consistent with the experimental data.The finite element simulation method and related simulation parameters are correct is proved.The parameters of laser im pacting reinforcement are optimized by ANSY S simulation,and the residual stress fav orable distribution of the crankshaft fillet is obtained.K ey w ords　Crankshaft　Laser im pacting　Reinforcement　FE M0　引言由于曲轴结构复杂、刚性较差,在制造过程中又受到冷热加工等各种因素的影响,因此,处于工作状态的曲轴各部分应力分布是不均匀与交变的,尤其是在曲柄臂和过渡圆角部位会产生严重的应力集中[1-5]。

激光熔覆温度场的ANSYS模拟

激光熔覆温度场的ANSYS模拟一、激光熔覆数值模拟的意义和简单历程激光熔覆的工艺特点是高功率激光束与金属交互作用产生熔池,而后快速自冷凝固形成合金熔覆层。

用试验方法来测量熔池内熔体的流动和温度是非常困难的,并且,缺少理论模型指导的大量试验在费用上是相当昂贵的。

运用ANSYS数值模拟可在一定的模型下提供完整的流场、热场及热物性参量场信息,并易于进行参数控制和多因素比较,在实际应用中具有很重要的意义。

二、激光熔覆温度场的有限元模型模拟采用预置法,利用CO2激光器在热作塑料模具钢P20表面熔覆H13粉过程中的温度场,激光扫描速率v= 0.005 m/s,激光功率P = 1.5 KW,光斑大小D = 4 mm。

1. 前处理(1)建立模型。

本文所建立的激光熔覆三维模型:B为熔覆层为30×6×1.5mm3的长方体,网格划分采用了SOLID70六面体单元,单元体积大小为0.5mm3。

A为基体,采用了SPLID90四面体热单元网格。

位于覆层旁边的大小为:30×4×15 mm3,单元体积大小为1mm3;下面为30×10×15 mm3 的长方体,单元体积大小为2mm3。

经过这样的处理,大大的减少了模型单元数和节点数,从而节省了计算时间,提高了计算效率,且对计算结果的精度影响不大。

(2)定义材料属性。

在温度场数值模拟中,必须确定下列热物性参数:导热系数(W/m℃)、密度(kg/ m3)、比热容C (J/kg℃)、焓— Enthalpy (J/m3) 等,其一般都随温度的变化而变化。

通过试验和线性插值的方法可获得高温时的一些数据。

P20的热物理性能示于下表1。

对于覆层H13,因为厚度比较薄,只有1.5mm,故在取参数时,取它的平均值,其密度为7800Kg/m3,热导率为39.2W/(m℃)。

(3)热源模型及加载。

采用了高斯分布热源模型的近似处理,圆形的激光是近似为2×2mm2的正方形强积分区域;光强近似分为如图1实体填充图形所示:图中,中心光强为单位1,其他角上4个单元为0.6128,边上8个单元为0.7828;光源每次向前移动一个单元格,如图1中从实线轮廓到虚线轮廓的移动,以步进法移动激光来代替实际上连续移动的激光,原则上要求步长非常短,模拟采用的时间步长为0.5s。

热处理数值模拟技术在金属材料淬火过程中的预测与控制

热处理数值模拟技术在金属材料淬火过程中的预测与控制热处理是金属材料加工中非常重要的一道工艺环节，通过控制材料的冷却速度和温度变化，可以显著改变金属材料的组织和性能。

其中，淬火是一种常用的热处理方法，通过迅速冷却金属材料，使其快速固化，从而获得优良的材料性能。

然而，淬火过程中温度变化和冷却速度对材料性能的影响十分复杂，传统的试验方法往往耗时耗力，且无法直观地展示材料内部的温度和相变情况。

因此，利用数值模拟技术对金属材料淬火过程进行预测与控制，具有重要的实际意义。

数值模拟技术能够通过建立数学模型，模拟和分析物理现象，从而预测材料的性能。

在金属材料淬火过程中，数值模拟可以通过求解热传导方程、相变动力学方程和流体力学方程等，模拟材料的温度变化、相变行为和冷却速度等问题。

首先，数值模拟技术可以准确预测金属材料在淬火过程中的温度变化。

通过建立热传导方程，考虑热源、边界条件和材料热物性等因素，可以计算出材料的温度变化情况。

这种方法可以直观地展示材料内部的温度分布，进而分析和优化淬火过程中的冷却速度和处理温度。

其次，数值模拟技术还可以模拟和预测金属材料在淬火过程中的相变行为。

金属在淬火过程中会经历相变过程，如奥氏体向马氏体的转变。

通过建立相变动力学方程，考虑材料的成分、温度和冷却速度等参数，可以预测相变过程的发生时间和位置。

这有助于我们理解材料的组织演变机制，以及优化淬火处理以获得理想的材料性能。

此外，数值模拟技术还能够模拟金属材料在淬火过程中的冷却速度。

冷却速度对材料的相变行为和组织结构有着重要的影响。

通过建立流体力学方程，可以模拟金属材料的冷却过程，计算材料表面和内部的流体速度分布，进而推导出冷却速度。

这有助于我们优化淬火工艺，控制冷却速度，从而获得所需的材料性能。

总结来说，热处理数值模拟技术在金属材料淬火过程中的预测与控制具有非常重要的价值。

通过建立数学模型，模拟和分析材料的温度变化、相变行为和冷却速度等问题，可以提供直观、准确的预测结果，帮助我们理解淬火过程中的物理现象，优化热处理工艺，并获得理想的材料性能。

数值模拟技术在淬火过程中的应用研究

数值模拟技术在淬火过程中的应用研究淬火是一种重要的金属热处理过程，它可以显著改善金属的力学性能和物理性能。

在淬火过程中，金属材料经过加热后迅速冷却，以改变其晶体结构和微观组织，提高金属的硬度和强度。

然而，淬火过程复杂且涉及到多重物理和化学因素，使得实验研究困难重重。

为了更好地理解淬火过程，并提高淬火的效果，研究者开始采用数值模拟技术，通过对淬火过程的数值模拟来揭示其中的物理机制和优化淬火参数。

数值模拟技术在淬火过程中的应用主要包括两个方面：热传导模拟和相变模拟。

热传导模拟主要描述淬火过程中热量的传递和温度分布。

相变模拟则模拟金属材料的晶体结构和组织的变化过程。

首先，热传导模拟是淬火过程中的关键一环。

淬火过程中，瞬时高温区域周围的温度梯度决定了材料的边界条件，从而影响到材料的冷却过程和相变行为。

热传导模拟可以通过求解热传导方程来描述温度的分布和演化过程。

使用数值方法，如有限元法或有限差分法，可以将偏微分方程离散化，从而求解得到高温区域和低温区域的温度分布。

通过对温度分布的分析，可以确定最优的冷却速度和冷却介质，以达到最佳的淬火效果。

其次，相变模拟是淬火过程中另一个重要的方面。

金属材料在淬火过程中会出现固相变化，如奥氏体转变为马氏体。

相变模拟可以通过求解相变方程来描述相变过程的发生和演化。

相变方程通常由几个主要的参数来描述，例如相变时间、转变的温度和转变的百分比等。

通过对相变过程的模拟，可以获得材料的相变行为、相变时的组织结构和晶体取向的变化等信息。

数值模拟技术在淬火过程中的应用具有多重优势。

首先，数值模拟可以减少实验研究的成本和时间。

传统的实验方法需要耗费大量的时间和资源来获得淬火过程的详细信息，而数值模拟可以在计算机上进行，并可以通过修改参数来快速探索多种淬火条件下的效果。

其次，数值模拟可以提供更全面和细致的信息。

实验方法通常只能提供有限的测量数据，而数值模拟可以得到更详细的温度分布、相变行为和组织结构等信息，从而更好地研究淬火过程中的机理和调整淬火参数。

45钢激光淬火的模拟研究的开题报告

45钢激光淬火的模拟研究的开题报告
一、研究背景和意义
钢材是一种普遍应用的金属材料，广泛应用于机械制造、汽车制造、船舶工业、建筑工程等领域。

其性能能否满足使用要求，决定了产品的
品质和寿命。

激光淬火技术是一种近年来应用广泛的表面淬火技术，具
有淬火效果好、生产效率高、变形小、成本低、环保等优点。

因此，通
过研究激光淬火技术，对提高钢材的性能和质量，具有重要的意义。

二、研究内容和方法
本文以45钢为研究对象，通过建立数学模型，采用有限元分析软件ANSYS对激光淬火过程进行模拟分析，研究不同激光功率、扫描速度、
淬火介质等参数对淬火效果的影响。

在模拟分析的基础上，通过试验数
据的对比，验证数学模型的准确性，并提出优化淬火参数的建议。

三、研究计划安排
（1）前期调研：查找相关文献，了解激光淬火技术的基本原理和
研究现状。

（2）建立数学模型：通过理论分析和实验数据，建立45钢激光淬火数学模型，并采用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析。

（3）试验验证：通过试验数据的对比，验证数学模型的准确性，
并提出优化淬火参数的建议。

（4）结果分析和总结：整理分析数据，得出结论和建议，撰写毕
业论文。

四、预期成果和意义
本研究将为深入了解钢材激光淬火技术、提高钢材的性能和质量提
供重要的参考依据。

研究成果将为理论和实际应用提供重要的指导，具
有广泛的应用前景。

ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应用

ＩＵｌｔ，ｌ９，３（）８－８．Ｓｎ．９８８７：６０６９
【２中国航空材料手册》编辑委员会．ｌ】《中国航空材料手册（卷：第３铝
合金镁合金）．京：中国标准出版社。２０．４９．【北Ｍ】０２８ — ２
【０ａｈＭｏｎｒｕｔｒｅｂｈＢｏａｔｅｔｏｓｎｅｆｅｃ２］Ｒｌｂｅ。Ｇｎｅｒｔ．ｕｙｌｆｗｄｒｎｕｎｅｏｐＧｎｍｌｕｉｌｆｓａｙａｄｒｔｔｇｍｇｅｉｆｌｓ］ｒｓ．ｒｗｈ９９１７）ｔｄｎｏｉａｎｔｅ［．ＣｙｔＧｔ，１９，（９：ｅａｎｃｉｄＪｏ
析解．而实际的焊接问题多种多样，边界条件十分复杂。用解
析方法来求解这类微分方程是十分困难的。在高速电子计算机发展的今天．大多采用数值模拟的方法［３ｔ。数值模拟的方法有很多种。如差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡罗法等。特别是有限元法。现已广泛应用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和应变分析的研究。
缝中气孔的抑制．空工艺技术，１９。４（）６２．航９９２３：２－８－
ｎｔａｙｄｉｅｏｎｓｂｍｏｔｒｇｏｔｌｉｅｄｓｂ［．ｅｉｌｒｎｆｗｉｕ－ｌｓｉｉｓｅｌｔａｌｓ１ｅｌｖｌｄｒｎｆｅｂｌｓｎａＪ

激光焊接ansys小例子

nsel,s,loc,x,x_center-0.002,x_center+0.002
nsel,r,loc,y,y_center,y_center+0.002
nsel,r,loc,z,0
sf,all,hflux,%laser% !在选择的节点上面施加定义好的热流密度函数
allsel,all
nsel,r,loc,z,-0.01,0
ine,all,3 !对激光光斑作用的区域进行网格细化
save
x_center=x0+rb !设置光斑的初始位置
y_center=y0
然后通过gui方式调用函数编辑器定义要加载的热流密度函数,函数的形式为
QC*exp(-2*(({X}-x_center)^2+({Y}-y_center)^2)/(rb^2)),保存后退出,利用函数加载器
nsubst,5
solve
*enddo
不好选择,所以采用圆形区域的外接正方形区域来近似.
再输入第二部分命令流
/sol
antype,4,new !定义分析类型
trnopt,full
toffst,0 !设置采用的温度单位为K
tunif,300 !设置初始温度为300K
!---------------------------
*set,tim,0
QC=Q/(PI* rb*rb)
et,1,solid70 ! 定义单元类型
mp,dens,1,7833 !定义密度
mp,c,1,465 !定义比热
mp,kxx,1,54 !定义热传导系数
block,0,0.052,0,0.025,-0.025,0 !建长方体模型

基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析毕业论文设计

本科毕业论文（设计）论文题目：基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析摘要本文以规格为50kg／m的重轨为研究对象，通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件，运用ANSYS软件，采用有限单元法，建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。

通过ANSYA软件仿真淬火重轨各个时间段的温度场。

根据重轨温度场的变化规律，选择合理的喷风压强，最终得到理想的索氏体组织。

在数值模拟计算的过程中，输入在不同的喷风压力下的对流换热系数，得到相应的温度场和应力场结果，并对结果进行了分析。

计算了强制冷却、空气自然对流等淬火过程的温度场和应力场分布情况，分析淬火时间对温度场和应力场的影响。

得到最佳的喷风冷却时压强，从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。

关键词：重轨，淬火，温度场，应力场，ANSYS2Simulation of quenching temperature field and stress field forheavy rail based on the ANSYSAbstractThe specification of 50kg／m—heavy rail was taken as investigated subject in this paper．In this model．the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method．The impact of material’s non-1inear parameter on temperature field was considered．The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature．According to the distribution of temperature field，the time of compressed air should be controlled．The ideal sorbitecan be gained．During the process of calculating in numerical simulation，inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed，and analyzed the result．This paper analyzed that calculated heating，keeping warm，force cooling and air coo ling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes．Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design．Key words：Heavy rail，Quenching，Temperature field，Stress filed，ANSYS目录第一章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2影响重轨淬火技术的主要因素 (2)1.3重轨淬火数值模拟的国内外研究现状 (3)1.4研究内容 (4)第二章重轨淬火温度场和应力场的理论基础 (5)2 42.1重轨淬火温度场理论基础 (5)2.1.1热传递方式 (5)2.1.2重轨淬火时定解条件 (5)2.1.3淬火时热传导初始条件 (6)2.1.4重轨淬火的边界条件 (7)2.2重轨淬火应力场理论基础 (8)2.2.1热弹性和热塑性问题 (8)2.2.2热弹塑性问题的求解 (9)2.3组织场求解理论基础 (10)第三章重轨温度场和应力场ANSYS仿真过程 (10)3.1用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的方法 (10)3.2用ANSYS模拟分析重轨温度场和应力场的步骤 (11)3.2.1建立重轨的三维模型 (11)3.2.2确定重轨的各项材料参数及初始条件 (12)3.2.3ANSYS仿真重轨温度场和应力场的基本步骤 (12)第四章重轨淬火过程的温度场和应力场分析 (21)4.1研究不同压强下温度场和应力场的前提条件 (21)4.2不同压强下喷风温度场对比分析 (22)4.3不同压强下喷风应力场对比分析 (25)第五章全文总结 (28)5.1论文研究结论 (28)5.2论文研究的不足及展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2 6第一章绪论1.1课题研究意义淬火是机械零件生产加工过程中的关键环节之一, 它涉及到传热学、金属相变动力学、化学、力学等多种学科. 淬火过程是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题, 在理论上对温度场、组织场、应力场耦合求解几乎是不可能的。

复杂薄壁壳体淬火过程的数值模拟

复杂薄壁壳体淬火过程的数值模拟
董平;葛瑞荣;张鹏程
【期刊名称】《金属热处理》
【年(卷),期】2007(32)3
【摘要】采用ANSYS有限元软件对复杂薄壁壳体淬火过程温度场和应力场进行了数值计算,将通过有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值进行了对比。

结果表明,复杂薄壁壳体在淬火过程中,沿工件厚度方向温度分布不均匀,吊具底板对温度场有明显影响;工件淬火后残余应力和应变主要分布在球冠形罩子附近以及两个球冠形罩子之间的过渡段;有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值基本吻合,从而验证了有限元模型。

研究结果有助于复杂薄壁壳体淬火工艺制订及淬火应力和畸变规律的认识。

【总页数】4页(P78-81)
【关键词】复杂薄壁壳体;淬火;温度场;应力场;有限元法
【作者】董平;葛瑞荣;张鹏程
【作者单位】表面物理与化学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.34
【相关文献】
1.薄壁多焊缝复杂构件焊接过程的数值模拟 [J], 李江飞;齐海波;任德亮;郭雅妹;张伟
2.复杂薄壁零件板多级充液成形及过程数值模拟 [J], 李涛;郎利辉;安冬洋;王玲
3.铝合金薄壁壳体件液态模锻塑性变形过程的数值模拟 [J], 牛海侠;张琼;吴建美
4.铝合金薄壁壳体件液态模锻成形过程的数值模拟 [J], 蒋鹏;杜之明;张晓华;崔云涛;张跃冰
5.复杂薄壁零件激光快速成形过程的热力耦合场数值模拟 [J], 王福雨;刘伟军;赵宇辉;孔源;来佑彬
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激光表面淬火在ANSYS中的数值模拟

基于ANSYS激光表面淬火的数值模拟指导老师：曹坚（教授）组员：王建来（组长）林谦凯冯辉沈海华一、摘要建立了轴的3-D模型进行激光淬火时的温度场数值模型，采用ANSYS模拟激光束扫描过程中轴面的温度分布。

通过对使用不同激光功率和光斑直径的结果分析，定性地得出了激光表面淬火的工艺参数。

二、关键词ANSYS，温度场，激光，淬火三、SUMMARYBuild a 3-D numerical temperature fields model for axle when it was laser hardened.Simutate the temperature distribution at the surface of axle during the laser-bean scanning by using ANSYS software.The results by using different laser power and spot diameter were analysed,which shows the technological parameter of laser quenching on the surface qualitativly.四、KEYWORDANSYS，temperature field，laser，quenching五、前言激光表面淬火是利用激光在要热处理的部分扫描，使被扫描区域快速升温，而未被扫描区域保持常温。

激光表面淬火的原理和普通热处理是相同的，只不过激光作为热源加热金属的时间很短，处理区域也很小。

激光对金属进行热处理时，金属表面温度和热穿透深度都和激光照射时间的平方成比例。

所以适当地调节激光光斑尺寸、扫描速度和激光功率，就可以对金属表面温度和热穿透深度进行控制。

本文采用ANSYS软件对45#钢零件在激光扫描过程中的瞬时表面温度场进行模拟，并根据各模拟情况，推测出激光淬火比较适合的扫描速度、光斑尺寸和激光功率。

激光熔覆ANSYS仿真

!上表面上没有对流换热边界条件! 单位制: 米、秒、摄氏度/CLEAR,START/FILNAME,temp,0/COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 20:15:52 07/14/2007 /CONFIG, NRES, 5000/PREP7!*!===============================================================================================! 指定单元ET,1,SOLID70!*!*!===============================================================================================! 材料属性MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0MPTEMP,2,1350MPTEMP,3,1400MPTEMP,4,1420MPTEMP,5,1440MPTEMP,6,1490MPTEMP,7,2000 MPDATA,ENTH,1,,0MPDATA,ENTH,1,,6.5e9MPDATA,ENTH,1,,7.2e9MPDATA,ENTH,1,,8e9MPDATA,ENTH,1,,9e9MPDATA,ENTH,1,,9.9e9MPDATA,ENTH,1,,12.84e9MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPTEMP,2,200MPTEMP,3,400MPTEMP,4,800MPTEMP,5,1440MPTEMP,6,2000MPDATA,KXX,1,,14.7 MPDATA,KXX,1,,18MPDATA,KXX,1,,20.8MPDATA,KXX,1,,26.3MPDATA,KXX,1,,34.7MPDATA,KXX,1,,51.5MPTEMP,,MPTEMP,1,0MPTEMP,2,200MPTEMP,3,400MPTEMP,4,800MPTEMP,5,1200MPTEMP,6,2000MPDATA,C,1,,494MPDATA,C,1,,536MPDATA,C,1,,569MPDATA,C,1,,644MPDATA,C,1,,669MPDATA,C,1,,729MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7700!======================================================== =======================================! 定义常量Width_Base=0.025 Height_Base=0.02 Length=0.05 !宽度! 基底高度! 长度Width_Clad=0.0015 Height_Deposition=0.0025 ! 宽度! 覆层高度Layer=10 !层数Height_Clad=Height_Deposition/layerdt=0.00001 !小量Temp=50Init_Temp=200 Coff_Conv=30 ! 环境温度!初始温度! 对流换热系数!===============================================================================================! 定义常量Velocity=0.003 ! 扫描速度StepDis=0.001 ! 每个载荷步位移LaserPower=700 ! 激光功率Radius=0.0015 ! 激光光斑半径Area=3.14159265*(Radius**2) Factor=0.25StepTime=StepDis/VelocityTotalTime=(Length+Radius*2)/Velocity StepNum=(Length+Radius*2)/StepDisBLOCK,0,Length,0,Height_Deposition,0,Width_Clad, BLOCK,0,Length,0,-Height_Base,0,Width_Clad,BLOCK,0,Length,0,-Height_Base,Width_Clad,Width_Base VGLUE,ALLNUMCMP,ALL !===============================================================================================! 划分网格LESIZE,18,,,15,0.125 LESIZE,22,,,15,8 LESIZE,24,,,15,8 LESIZE,26,,,15,8 LESIZE,28,,,15,8!网格划分LESIZE,20,,,15,8 LESIZE,21,,,15,8 LESIZE,23,,,15,8LESIZE,25,,,15,8 LESIZE,27,,,15,8 LSEL, S, LOC, Y, dt, Height_Deposition-dt, LESIZE, ALL, , , Layer , LSEL, S, LOC, X, dt, Length-dt, LESIZE, ALL, , , Length/StepDis, LSEL, S, LOC, Z, dt, Width_Clad-dt, LESIZE, ALL, , , 5, !覆层高度方向的单元数目! 长度方向的单元数目!宽度方向的单元数目!激光光斑面积!每个载荷步时间 ! 载荷持续时间（扫描一层）载荷步数建模 !覆层! 基！压缩对象编号VSEL,ALLTYPE,1MAT,1 MSHAPE,0,3D MSHKEY,1 VMESH,ALL!=======================================1 基底边界条件、初始条件=======================================!NSEL, S, LOC, Y , -Height_Base, 0IC,ALL,TEMP ,Init_Temp ALLSEL,ALL!基底初始温度NSEL, S, LOC, Y , -Height_Base, 0 NSEL, R, LOC,Z, Width_Base SF, ALL, CONV, Coff_Conv, TempALLSEL,ALL!基底侧面，对流换热边界条件NSEL, S, LOC, Y , -Height_Base, 0NSEL, R, LOC, X, 0SF, ALL, CONV, Coff_Conv, Temp ALLSEL,ALL !基底左端面，对流换热边界条件NSEL, S, LOC, Y , -Height_Base, 0NSEL, R, LOC, X, LengthSF, ALL, CONV, Coff_Conv, Temp ALLSEL,ALL !基底右端面，对流换热边界条件NSEL, S, LOC, Y , 0NSEL, R, LOC, Z, Width_Clad, Width_Base SF, ALL, CONV, Coff_Conv, Temp ALLSEL,ALL !基底上表面，对流换热边界条件FINISH/SOLU1!=======================================1 瞬态分析参数设置=======================================!ANTYPE,4 !分析类型：瞬态!*TRNOPT,FULL ! 求解方法：完全的N-R 方法LUMPM,0 !不使用集中质量矩阵!*!NSUBST, 1 !指定载荷子步数目DELTIM,0.01,0.001,0.05 CNVTOL,HEAT, ,0.01,1,0.000001, OUTRES,NSOL,LAST !载荷子步（默认子步时间步长、最小、最大）——载荷步为0.333 !收敛准则：控制热流!结果输出：所有!===============================================================================================! 杀死单元NSEL, S, LOC, Y, 0, Height_Deposition ! 杀死熔覆层单元ESLN, S, 1, ALLEKILL,ALLALLSEL,ALLESEL,S,LIVEEPLOTESEL,S,LIVE ! 激活单元的上表面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,Y,HeightBaseNSEL,R,LOC,Z,0,RadiusSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALL !===============================================================================================! 预热*DO, i, 1, 2m=mod(i,2)*IF ,m,EQ,1,THEN*DO, k, 1, StepNum, 1TIME,TotalTime*(i-1)+StepTime*k KBC, 1 !载荷步结束时间!载荷步内载荷随时间分布：常数LeftX=StepDis*(k-1)RightX=StepDis*kNSEL, S, LOC, Y, 0ESEL, S, LIVEESLN, R, 0NSLE, S, 1NSEL, R, LOC, x, RightX-2*Radius, RightX NSEL, R, LOC, Z, 0, Radius !如果为奇数层，向右扫描!激活单元的上表面，加热流密度ESLN, S, 1SFE, ALL, 4, HFLUX, , LaserPower*Factor/Area, , , ALLSEL, ALLSOLVESFEDELE,ALL,4,HFLUXALLSEL, ALLESEL,S,LIVENSLE,S,1NSEL,R,LOC,Y,0NSEL,R,LOC,x,LeftX-2*StepDis,RightX-2*StepDisSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLESEL,S,LIVEEPLOT*ENDDO*ELSE*DO, k, 1, StepNum, 1TIME,TotalTime*(i-1)+StepTime*kKBC, 1LeftX=Length-StepDis*kRightX=Length-StepDis*(k-1) ! 删除热流密度载荷! 激活单元的上表面，指定为对流换热边条!如果为偶数层，向左扫描!载荷步结束时间!载荷步内载荷随时间分布：常数NSEL, S, LOC, Y, 0ESEL, S, LIVEESLN, R, 0NSLE, S, 1NSEL, R, LOC, x, RightX-2*Radius, RightXNSEL, R, LOC, Z, 0, Radius ESLN, S, 1 !激活单元的上表面，加热流密度SFE, ALL, 4, HFLUX, , LaserPower*Factor/Area, , , ALLSEL, ALLSOLVESFEDELE,ALL,4,HFLUX ALLSEL, ALLESEL,S,LIVE! 激活单元的上表面，指定为对流换热边条NSLE,S,1 NSEL,R,LOC,Y,0NSEL, R, LOC, x, LeftX-2*StepDis, RightX-2*StepDis SF,ALL,CONV,Coff_Conv,Temp ALLSEL,ALL ESEL,S,LIVE EPLOT *ENDDO*ENDIF *ENDDOESEL,S,LIVEEPLOT!======================================================== =======================================! 熔覆 *DO, i, 1, Layer , 1 m=mod(i,2)*IF ,m,EQ,1,THEN*DO, k, 1, StepNum, 1TIME,TotalTime*(i+1)+StepTime*k KBC, 1 LeftX=StepDis*(k-1) RightX=StepDis*kNSEL, S, LOC, Y, Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*i NSEL, R, LOC, x, LeftX, RightX ESLN, S, 1 EALIVE,ALL !激活单元 ALLSEL, ALL!激活单元的上表面，删除载荷!如果为奇数层，向右扫描!载荷步结束时间 !载荷步内载荷随时间分NSEL, S, LOC, Y, Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*iNSEL, R, LOC, x, RightX-2*Radius, RightXNSEL, R, LOC, Z, 0, RadiusESLN, S, 1SFE, ALL, 4, HFLUX, , LaserPower*Factor/Area, , , ! 激活单元的上表面，加热流密度ALLSEL, ALLESEL,S,LIVE ! 激活单元的表面，如果包含左端面，指定为对流换热边条NSLE,S,1 NSEL,R,LOC,X,0NSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*iSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLESEL,S,LIVE ! 激活单元的表面，如果包含右端面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,X,LengthNSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*iSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLESEL,S,LIVE ! 激活单元的侧面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,Z,Width_CladNSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*iSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLSOLVESFEDELE,ALL,4,HFLUX ! 删除热流密度载荷ALLSEL, ALLESEL,S,LIVE !激活单元的上表面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*i NSEL,R,LOC,x,LeftX-2*StepDis,RightX-2*StepDis SF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLNSEL,S,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1)!激活单元的下表面，删除对流换热边条ESEL, S, LIVEESLN, R, 0NSLE, S, 1NSEL, R, LOC, x, LeftX-2*StepDis,RightX-2*StepDis NSEL, R, LOC, Z, 0, Radius NSEL, U, LOC, Y , Height_Deposition/Layer*iESLN, S, 1 SFDELE, ALL, CONV ALLSEL,ALL ESEL,S,LIVE EPLOT*ENDDO!如果为偶数层，向左扫描LeftX=Length-StepDis*k RightX=Length-StepDis*(k-1)NSEL, S, LOC, Y, Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*i NSEL, R, LOC, x, LeftX, RightX ESLN, S, 1 EALIVE,ALL ALLSEL, ALLNSEL, S, LOC, Y, Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*i NSEL, R, LOC, x, LeftX, LeftX+2*RadiusNSEL, R, LOC, Z, 0, Radius ! 激活单元的上表面，加热流密度 ESLN, S, 1SFE, ALL, 4, HFLUX, , LaserPower*Factor/Area, , , ALLSEL, ALLESEL,S,LIVE ! 激活单元的表面，如果包含左端面，指定为对流换热边条 NSLE,S,1 NSEL,R,LOC,X,0NSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*i SF,ALL,CONV,Coff_Conv,Temp ALLSEL,ALL ESEL,S,LIVE! 激活单元的表面，如果包含右端面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,X,LengthNSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*i SF,ALL,CONV,Coff_Conv,Temp ALLSEL,ALL*ELSE*DO, k, 1, StepNum, 1TIME,TotalTime*(i+1)+StepTime*kKBC, 1!载荷步结束时间 !载荷步内载荷随时间分ESEL,S,LIVE ! 激活单元的侧面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,Z,Width_CladNSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1), Height_Deposition/Layer*iSF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLSOLVESFEDELE,ALL,4,HFLUX ! 激活单元的上表面，删除载荷ALLSEL, ALLESEL,S,LIVE !激活单元的上表面，指定为对流换热边条NSLE,S,1NSEL,R,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*iNSEL, R, LOC, x, LeftX+2*StepDis, RightX+2*StepDis SF,ALL,CONV,Coff_Conv,TempALLSEL,ALLNSEL,S,LOC,Y,Height_Deposition/Layer*(i-1) !激活单元的下表面，删除对流换热边条ESEL, S, LIVEESLN, R, 0NSLE, S, 1NSEL, R, LOC, x, LeftX+2*StepDis,RightX+2*StepDisNSEL, R, LOC, Z, 0, RadiusNSEL, U, LOC, Y , Height_Deposition/Layer*iESLN, S, 1SFDELE, ALL, CONVALLSEL,ALLESEL,S,LIVEEPLOT*ENDDO *ENDIF*ENDDOESEL,S,LIVEEPLOT。

球墨铸铁QT600--3表面激光多道淬火工艺的研究

学校代号：１０５３２学号：￥１１０２Ｗ２４４密级：公开湖南大学工程硕士学位论文球墨铸铁ＱＴ６００．３表面激光多道淬火工艺的研究导师姓名及职称：刘继常教授桂林高级工程师论文提交日期：２０１３年５月２０日ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｑｕｅｎｃｈｉｎｇｏｆｄｕｃｔｉｌｅｃａｓｔｉｒｏｎＱＴ６００－３ｂｙＬＵＯＤａｎＢ．Ｅ．（ｎｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ）２０１１ＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎｐａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒＰｒｏｆｅｓｓｏｒＬＩＵＪｉｃｈａｎｇＳｅｎｉｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒＧＵＩＬｉｎＭａｙ，２０１３湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

…名：产日期：邳年６月６日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于１、保密口，在一年解密后适用本授权书。

２、不保密团。

（请在以上相应方框内打“√”）日期：Ｚｏｆ乡年６月６日作者签名：日期：加侈年６月６日导师签名：球墨铸铁ＱＴ６００·３表面激光多道淬火工艺的研究摘要球墨铸铁材料因其较高的强度、良好的塑性和韧性，以及便于生产，成本比钢低廉等优良的性能而被广泛应用在工业生产中的各个领域。

45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟

45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟
赖宏;刘天模
【期刊名称】《重庆大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2003(26)3
【摘要】ansys有限元软件在温度场的模拟过程中 ,很好地结合了材料变温过程材料热物性参数的变化 ,特别适用于钢件淬火过程温度场的准确计算。

通过利用ansys有限元分析软件对几何外形复杂的 4 5钢零件淬火过程温度场进行有限元模拟 ,得到了零件温度随淬火时间的分布关系。

模拟结果与实际过程一致 ,且运算速度较快 ,适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化 ,并为精确计算淬火过程中的热应力。

【总页数】3页(P82-84)
【关键词】淬火;温度场;有限元;ansys模拟;非线性热物性参数
【作者】赖宏;刘天模
【作者单位】重庆大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.34
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1.基于ANSYS软件的T8钢淬火过程三维温度场的模拟 [J], 冯晓丹;张玉
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3.45#钢零件感应热处理过程温度场的有限元模拟及组织研究 [J], 秦子然;刘国权;
宋月鹏;尹江辉
4.45#钢圆柱齿轮淬火过程温度场的模拟及工艺优化 [J], 杨雄;吴林峰;吴丙丰
5.45钢工件感应淬火温度场有限元模拟分析 [J], 许雪峰;赵敏;吴金富
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基于ANSYS的等离子弧表面淬火过程温度场的数值模拟

Ｎｕｍｅｉａｉｕｌｔｏｏｅｐｒｕｒｉｌｒｃｌｓｍａｉｎｎｔｍｅａｔｅｆｅｄｄｕ￣ｎｇｐｌｓａａｃｓｆｃｕｅｈａｅａｍｒｕｒａｅｑｎｃｂｓｄｏｎＡＮＳＳＹ
ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｒｔｅｔｍｐｒｔｒｅｄｏｌｓｕｆｃｕｎｈｎｓｓｍｕａｅ山ＡＮＳ．Ａｃｒｉｇｔｈｓｔｓｒｃ：ｎｔｉａｅ，ｈｅｅａｕｅｆｌｆａｍａｓｒａｅｑｅｃｉｇｉｉｌｔｄｗｉｉｐＹＳｃｏｄｎｏｔｅｒｕ，ｅｌｔｅｔｍｐｒｔｒｉｔｂｔｎｏｈｒｐｅｅａｄｔｅｈｒｅｅａｅａｅｏｔｉｅ．Ｂｅｎｔｅｍａｉｍｈｅｔｎｆｒｈｅｅａｕｅｄｓｒｕｉｎｔｅｗｏｋｉｃｎｈａｄｎｄｌｙｒｃｌｂｂａｎｄｉｏｌｓａｄｏｘｍｕｐａａｓ－ｈｓｒｏｍａｉｎｄｐｈａｄｔｅｔｆｅｃｏｅｒａｈｎｈｉｈｓｔｍｐｒｔｒｔｅｃｎｉｔｎｙｏｉｌｔｎａｄｅｐｒｎｓｔｏｅｔｎｈｉｍｅｏａｈｎｄｅｃｇｔｅｈｇｅｔｅｅａｕｅ，ｈｏｓｓｃｆｓｍｕａｏｘｅｉｉｅｉｎｍｅｔｉ
分布，据淬硬相变温度预测离子柬淬火的最大硬化深度和各节点到达最高温度时间，通过４根并５钢的淬火试

基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析

基于ANSYS软件的钢球淬火过程分析钢球淬火是针对球面钢材进行的一种热处理方法，通过迅速冷却来提高钢球的硬度和强度。

在钢球淬火过程中，热处理的温度、时间和冷却介质的选择等因素都会对钢球的淬火效果产生影响。

ANSYS软件是一种常用的工程模拟软件，通过建立数值模型来分析材料特性、热传导和应力等物理现象。

在钢球淬火过程中，可以利用ANSYS软件进行数值模拟，来预测淬火过程中钢球的温度变化、相变行为和应力分布等参数，从而优化淬火工艺并提高钢球的性能。

首先，需要建立钢球淬火的数值模型。

可以通过ANSYS软件中的几何建模工具，绘制出钢球的几何形状，并在其中添加热传导和相变的物理特性。

同时，还可以考虑钢球表面与冷却介质之间的传热界面，以及钢球内部的应力分布等参数。

其次，需要定义钢球淬火过程中的边界条件。

可以设置钢球的初始温度、冷却介质的温度和流速等参数，以及冷却介质与钢球之间的传热系数。

这些边界条件将直接影响到钢球的温度和相变行为。

然后，通过ANSYS软件中的数值求解器，可以对钢球淬火过程进行数值模拟。

求解器将根据模型中的物理特性和边界条件，计算出钢球不同位置上的温度和应力等参数随时间的变化。

可以得到钢球淬火过程中的温度曲线、相变行为和应力分布等关键结果。

最后，可以通过分析ANSYS软件模拟结果，来优化钢球淬火工艺。

例如，可以根据温度曲线，调整淬火过程中的温度和时间等参数，以达到理想的淬火效果。

同时，还可以分析应力分布，来评估钢球的强度和耐磨性等性能。

总之，基于ANSYS软件进行钢球淬火过程分析，可以准确预测淬火过程中的温度和应力等关键参数，并通过优化工艺来提高钢球的性能。

这种数值模拟方法不仅可以减少实验成本和时间，还能够为工程师提供设计和优化的参考依据。

轴承滚道激光淬火的温度场数值模拟

22
兵器材料科学与工程
第 33 卷
℃回火处理。为提高 GCr15 钢轴承套圈对激光束的能量吸收率，对滚道表面进行黑化处理，然后选用 CL3000 型 3 kW 横流 CO2 激光器加热，矩形光斑的尺寸为 9 mm×6 mm，光斑的宽度为 9 mm。采用功率 1~2.5 kW，扫描速度为 600~800 mm/min 的激光工艺进行激光相变硬化处理，测量它的硬化层深度和硬度。然后将激光处理后的轴承套圈线切割加工成金相试样，进行淬硬区显微硬度、深度、宽度的测定。并用电镜（FEI ESEM XL30）观察滚道横截面的淬硬区形貌。 1.2 滚道表面激光处理工艺方案设计
T/℃
c/（J·（kg·K）-1）
κ/（W·（m2·K）-1）
20
553
40.1
300
787
36.7
900
729
30.1
场分析时需考虑传热系数、密度、比热容等材料特性参数（见表 1）。根据资料［5-6］可以查阅到 GCr15 钢材料大多数温度下的各种热物性参数值，其中除了密度值取 7 814 kg/m3，随温度变化较小之外，其余均为温度的函数，且呈非线性变化。对于那些未知温度处的参数在一定范围内可以采用线性插值法处理。 2.2 与实验结果的对比分析 2.2.1 硬化层区域形貌
10 17
34
1 轴承套圈激光淬火工艺实验
1.1 试验材料及设备实验轴承材料为 GCr15 钢，要求整体硬度在 36~
44HRC，滚道处硬度高于 60HRC，其外形尺寸如图 1 所示。这就要求轴承调质后滚道处表面淬火。采用激光淬火的方法对轴承滚道进行表面淬火。

基于ANSYS的等离子弧表面淬火过程温度场的数值模拟

基于ANSYS的等离子弧表面淬火过程温度场的数值模拟金珍;王硕桂
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】用ANSYS软件建立并模拟了等离子弧表面淬火过程的温度场,由此得出工件任意点的温度分布和淬硬层的分布,根据淬硬相变温度预测离子束淬火的最大硬化深度和各节点到达最高温度时间,并通过45钢的淬火试验验证了模拟结果与试验结果的一致性.
【总页数】4页(P93-95,98)
【作者】金珍;王硕桂
【作者单位】中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230027
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.33
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1.基于ANSYS的模铸高碳钢凝固过程温度场数值模拟 [J], 杜亚伟;文光华;唐萍;张建春;汪宁
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基于ANSYS激光增材修复的数值模拟技术

基于 ANSYS激光增材修复的数值模拟技术摘要：以316不锈钢粉末为原材料，模拟激光金属增材修复薄壁结构件的过程。

采用生死单元技术模拟金属增材，基于ANSYS Workbench 工作台数值仿真系统，运用数值模拟的方式预测运用激光增材再制造技术修复316不锈钢基体上预置的梯形通槽修复件的变形量变化趋势；建立的有限元模型能正确有效地模拟出激光增材修复过程中的温度场与应力场，为实验工艺探究过程提供参考依据。

关键词：激光增材；修复；生死单元技术；热-力顺序耦合分析；残余应力场激光增材制造(Laser additive manufacturing，LAM)是一种以激光为能量源，直接从三维CAD模型上激光熔覆制造具有复杂结构形状的金属构件的技术[1]。

相对于传统的减材、等材制造工艺相比，增材制造工艺在低批量制造高价值部件和个性化产品方面具有多项优势。

激光增材修复（Laser additive repaired，LAR）技术是在激光增材制造（LAM）技术基础上发展起来的，与传统修复技术相比，其具有自动化程度高、热输入小、冶金结合、不受形状与尺寸限制等特点，已被广泛应用于合金钢、钛合金、高温合金、生物医用材料等领域的制造与修复。

1有限元模型的建立热力学是确定物体在热源作用下热响应的一种方法，采用数值模拟仿真物体内部各点的温度，推导出可用于模拟物体的温度状况及所需热物性参数。

根据实际情况，文中采用瞬态热分析法，该方法是一种快速升温或冷却过程，这一过程中，温度、热力学条件等随时间而改变。

热力学分析遵循能量守恒和热平衡方程。

瞬态热分析的控制方程为[2][C]{T}+[K]{T}={Q} （1）式中[C]为比热矩阵；{T}为节点温度对时间的导数；[K]为热传导矩阵；{T}为节点温度向量；{Q}为节点热流率向量。

对激光熔覆而言，热源是实现热熔覆的最基本条件，一般来说选用的是高斯热源模型，热源公式为（2）式中，Q为光斑在任一点的热流密度；η为激光利用率；P为激光功率；r为光斑半径；R为任一点到热源中心的距离。

碟片激光器激光淬火过程数值模拟与试验研究

摘要：目的通过模拟计算得出 45 钢激光淬火温度场的瞬变规律和微观组织相变规律，得出马氏体的形成与转变程度，测出淬火相变硬化的层深与层宽。方法基于 COMSOL Multiphysics 建立碟片激光器对 45 钢激光淬火过程的热力耦合模型，利用 JMatpro 计算 45 钢激光淬火过程中的物性参数变化，对模型物性参数进行修改，并以 4000 W 碟片激光器对 45 钢进行激光淬火试验，通过 Axioskop 2 扫描电子显微镜、 Zeiss-ƩIGMA HD 场发射电子显微镜、HXS-1000A 显微硬度仪分析 45 钢淬火组织和相变硬化规律。结果相同功率下，碟片激光器与传统激光器相比，激光淬火相变硬化层及热影响区明显增大，相变界限清晰，淬火影响区呈高斯分布，完全相变区组织转变效果较好，热影响过渡区沿高斯弧线近似等距分布。激光淬火层由表及里依次为完全淬火相变区、不完全淬火区和芯部基体，完全淬火区形成致密细小的针状马氏体和少量残余奥氏体，淬硬层呈高斯分布，深达 1084.589 µm，最大宽度 9761.989 µm，硬度达到 799HV，不完全淬火区厚度为 361.533 µm。结论试验结果与模拟计算结果吻合，COMSOL 可实现对激光淬火过程的有效模拟。关键词：碟片激光器；激光淬火；相变；微观组织；数值模拟中图分类号：TG156.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2019)06-0203-09 DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2019.06.024
收稿日期：2018-09-27；修订日期：2018-11-29 Received：2018-09-27；Revised：2018-11-29 基金项目：国家自然科学基金（E050402，51374127）；辽宁科技大学创新团队建设项目（601009830-02）；辽宁省教育厅项目（2017FWDF01）；公安部消防重点实验室开放课题（KF201704） Fund：Supported by National Natural Science Foundation of China (E050402, 51374127), Innovation Team Building Project of Liaoning University of Science and Technology (601009830-02), Project of Education Department in Liaoning Province (2017FWDF01) and the Opentopics of Firefighting Key Laboratories of the Ministry of Public Security (KF201704) 作者简介：李昌（1980—），男，博士，副教授，主要研究方向为机械可靠性工程、激光表面处理技术。邮箱：lichang2323-23@ Biography：LI Chang (1980—), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: mechanical reliability engineering and laser surface treatment technology. E-mail: lichang2323-23@