钢件淬火过程温度场的数值模拟
淬火过程中材料微观组织演变的数值模拟研究
淬火过程中材料微观组织演变的数值模拟研究近年来，材料领域的发展日新月异，为了提高材料的力学性能和耐磨性，淬火是一种常用的热处理方法。
淬火过程中，材料的微观组织发生了显著变化，直接影响材料的性能。
然而，由于淬火过程复杂且难以直接观测，数值模拟成为研究材料淬火过程中微观组织演变的重要手段。
淬火过程中材料的微观组织演变涉及多个因素，包括温度变化、相变行为、位错运动等。
通过数值模拟可以模拟这些因素的相互作用，预测淬火过程中材料的组织演变行为。
首先，温度变化是淬火过程中最重要的因素之一。
当材料被快速加热至高温后，温度会突然下降。
他发的过程中，高温下的晶格结构发生剧烈变化，产生大量位错和界面。
数值模拟可以通过模拟材料的热传导和相变行为，预测淬火过程中温度变化对材料微观组织的影响。
其次，相变行为是淬火过程中的关键因素之一。
在淬火过程中，材料经历了相变，从高温下的奥氏体结构转变为低温下的马氏体结构。
通过数值模拟，可以模拟材料的相变动力学行为，预测不同温度、冷却速率下材料相变的规律。
这有助于优化淬火工艺参数，改善材料的性能。
最后，位错运动是淬火过程中的另一个重要因素。
位错是材料中的晶格缺陷，能够影响材料的塑性变形和力学性能。
淬火过程中，快速冷却会导致位错的累积和运动，进而影响材料的微观组织和力学性能。
数值模拟可以模拟位错的生成和运动，并预测淬火过程中材料中位错的分布和密度变化。
通过数值模拟材料淬火过程中的微观组织演变，可以不仅预测材料的力学性能，还可以为淬火工艺的优化提供指导。
此外，数值模拟还可以减少试验成本和时间，提高研发效率。
因此，淬火过程中材料微观组织演变的数值模拟研究具有重要的理论和实际意义。
在数值模拟研究中，研究者通常采用离散模型和连续模型两种方法。
离散模型基于原子尺度的模拟，将材料中的原子作为基本单元，考虑原子间的相互作用力。
通过分子动力学方法，可以模拟材料的位错运动和相变行为。
然而，由于离散模型的计算复杂度较高，只能模拟相对小尺度的材料。
淬火过程中工件内温度场的数值解及其MATLAB仿真
淬火过程中钢件内的瞬时温度场处于不断地变化过程中 。影响温度变化的因素很多 ,如工件的物理 性能 、形状尺寸 、冷却介质的理化特性和冷却方式等 。而工件冷却后的最终结果和冷却所经历的过程 ,决 定了工件淬火后的组织 、残余应力的分布 、机械性能以及淬火变形和裂纹 。作者以实例讨论淬火冷却过程 中工件内瞬变温度场的数值解 ,并实现了基于 MATLAB 的计算机仿真 。对淬火过程瞬时温度场的数学描 述和精确计算以及计算机仿真对控制淬火工艺具有重要的意义 。
2. 1 导热微分方程有限差分近似表达式 设工件内节点 (ξ,τ) 中的温度 T (ξ,τ) 的偏导数用向前有限差分近似法表示为 :
5T 5ζ
ζ,τ≈δ1ζ[
T (ζ+δζ,τ)
-
T (ζ,τ) ]
5T 5τ
ζ,τ≈δ1τ[
T (ζ,τ+δτ)
-
T (ζ,τ) ]
工件内点 (ξ,τ) 上温度 T (ξ,τ) 的二阶偏导数用中心有限差分近似法表示为 :
(
T1t
+
T2t +
T3t +
T4t )
+
(1 -
4
α.Δt (Δs) 2
)
Ttn
+
α.Δt (Δs) 2
·
·kb·
(4) (5) (6)
(7) (8) (9) (10) (11) (12) 21
令
:α(Δ.Δs) t2
=
1 M
,则式 (12)
热处理数值模拟模型对于不锈钢淬火过程的优化研究
热处理数值模拟模型对于不锈钢淬火过程的优化研究引言：不锈钢作为一种重要的材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、化工和医疗设备等领域。
淬火是提高不锈钢材料硬度和耐腐蚀性能的关键步骤之一。
热处理数值模拟模型可以帮助优化淬火过程，提高产品质量和制造效率。
本文将介绍热处理数值模拟模型在不锈钢淬火过程中的应用，并阐述其对淬火过程的优化研究。
1. 不锈钢淬火过程的理论背景1.1 不锈钢的组织变化1.2 不锈钢的淬火过程及其影响因素2. 热处理数值模拟模型的原理和方法2.1 数值模拟的基本原理2.2 淬火过程的数值模拟方法2.3 模型验证和可靠性评价方法3. 热处理数值模拟模型在不锈钢淬火过程中的应用3.1 温度场和相变场的预测3.2 应力和应变分布的模拟3.3 变形和硬度分布的预测4. 热处理数值模拟模型在不锈钢淬火过程中的优化研究4.1 淬火介质的选择和优化4.2 淬火参数的优化4.3 优化淬火过程中的冷却速率5. 实例分析：不锈钢淬火过程的数值模拟优化实践5.1 实验设计和数值模拟方法5.2 模拟结果和实验验证5.3 优化结果和效果评价6. 结论与展望6.1 对热处理数值模拟模型的优势总结6.2 研究存在的限制和挑战6.3 未来发展方向和研究重点结语：热处理数值模拟模型对于不锈钢淬火过程的优化研究具有重要意义。
通过模拟温度场、相变场、应力和应变分布以及变形和硬度分布等关键参数，可以优化淬火介质选择、淬火参数和冷却速率，提高产品质量和制造效率。
未来的研究可以进一步提高模型的精确性和可靠性，并针对特定不锈钢材料和工艺进行深入研究，以推动不锈钢淬火过程的发展与创新。
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。
热处理过程中淬火冷却速率优化的数值模拟分析及实验验证
热处理过程中淬火冷却速率优化的数值模拟分析及实验验证引言：热处理作为一项重要的金属加工工艺，在提高材料的硬度、强度、耐磨性等性能方面起着至关重要的作用。
而淬火是热处理过程中的关键步骤，其冷却速率直接影响着材料的组织和性能。
本文旨在通过数值模拟分析与实验验证的方法，对热处理过程中淬火冷却速率进行优化。
一、热处理过程中的淬火冷却速率淬火是指将加热到合适温度的金属材料迅速冷却至室温，以达到改善材料的性能的目的。
淬火冷却速率是指材料从高温到低温之间温度下降的速度。
过慢的冷却速率会导致材料组织不均匀，影响其性能；过快的冷却速率则容易产生裂纹和变形。
因此，优化淬火冷却速率对于提高材料的性能至关重要。
二、数值模拟分析1. 热传导方程的建立数值模拟分析是一种有效的工具，可以用来模拟和优化淬火过程中的温度分布和冷却速率。
在进行数值模拟之前，需要建立适当的热传导方程。
热传导方程可以描述材料内部的温度变化和热传导过程。
假设材料为均质材料，且热传导仅在一维情况下发生，热传导方程可以表示为：∂T/∂t = (α/ρC)∂²T/∂x²其中，T为温度，t为时间，x为材料的坐标，α为热扩散系数，ρ为材料的密度，C为材料的比热容。
2. 数值方法的选取针对热传导方程，选择适当的数值方法进行求解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法等。
在进行数值模拟分析时，需合理选择网格密度、时间步长和边界条件等参数，以使模拟结果更加准确。
3. 模拟实例的执行与结果分析选取具体的材料和热处理工艺参数，进行数值模拟实例的执行。
通过改变淬火冷却速率，观察材料的温度变化和组织结构的演变。
针对不同的淬火冷却速率，分析材料的性能差异。
通过数值模拟分析，可以为实验验证提供参考依据。
三、实验验证1. 实验设计在热处理实验中，选取合适的试样和热处理设备，按照已确定的热处理工艺参数进行试验。
在试验过程中，需准确记录温度变化、时间和淬火冷却速率等数据。
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。
大型锻件淬火组织场数值模拟
大型锻件淬火组织场数值模拟
大型锻件淬火组织场数值模拟是一种利用计算机技术来模拟大型锻件淬火组织变化的新技术。
它充分考虑了材料性能、淬火温度、淬火时间及外部环境因素对大型锻件淬火组织变化的影响，可以有效地对模拟的结果进行准确的预测，为企业提供实用的工艺指导意见。
大型锻件淬火组织场数值模拟的基本原理是通过计算机将淬火过程中的物理量、温度场等参数的变化情况进行模拟，并进行必要的参数校正，从而达到准确地反映淬火过程中各个位置上组织变化的目的。
该数值模拟方法可以计算出淬火过程中淬火温度场、应力场、硬度场、韧性场等参数的变化情况，从而非常精确地模拟淬火组织变化的过程。
大型锻件淬火组织场数值模拟的优势在于可以有效地模拟淬火组织变化的过程，使得企业更好地掌握工艺参数，从而可以有效地控制锻件的组织结构，从而提高产品性能。
此外，大型锻件淬火组织场数值模拟还可以节省成本，更有效地控制生产过程，避免不必要的试制，减少材料浪费。
大型锻件淬火组织场数值模拟的实施过程中，应根据淬火组织变化特点确定合适的模型，并结合工程实际情
况，对模型进行修正，以便更好地模拟淬火组织变化的过程。
在此基础上，可以根据实际需要选择合适的计算方法，设计合适的计算网格，以及选择相应的参数，并进行必要的数据处理，以便获得更准确的结果。
此外，大型锻件淬火组织场数值模拟也可以根据实际情况进行参数校正，以更好地模拟淬火组织变化的过程。
在校正参数的过程中，可以利用实验测试的结果作为参考，以便获得更准确的结果。
总之，大型锻件淬火组织场数值模拟是一种先进的技术，它可以有效模拟淬火组织变化的过程，帮助企业更好地掌握工艺参数，提高产品性能，节省成本，更有效地控制生产过程，从而取得良好的经济效益。
重轨淬火过程温度场数值模拟分析
＝
理模 型 为基础 ， 立数 学模 型 ， 过 各种求 解 方法来 建 通 求解 各个 场 变量 的一种 科学 研究 方 法 ．从 淬火 等 热
处理 过 程 计 算 机 数 值 模 拟 的 研 究 情 况 和 相 关 文
献 Ｊ １ 可知 ： 钢轨 淬火 数 值模 拟 的核 心 是 研 究 淬 火 时
２１ 年 ｌ ０１ ２月
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｅ ｎ ｏｉ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｎ ｒＭｏ ｇ ｌ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｙ
Ｄｅ ｅ ｅ ２ ｃ ｍｂ ｒ，０１ １ Ｖ０ ．０． ． １３ Ｎｏ４
关键词 ： 淬火 ； 度场 ； 温 数值模拟
中 图分 类号 ：Ｇ ６． ２ Ｔ １２ ８ 文 献 标 识 码 ： Ａ
摘
要 ： 传热学基础上 ， 在 考虑 了材 料性 能参 数随温度变化 ， 以及相变 潜热对 淬冷的影 响 ， 用 Ａ Ａ Ｕ 运 Ｂ Ｑ Ｓ有 限元软
件， Ｕ５ 对 ７ Ｖ钢轨轨头喷水淬火过程温度场进行 了有 限元模拟 ， 并用 红外线热成像 仪进行 了现场 测试， 得到 了钢轨 温度随淬火时间的分布关 系、 进入相变的时间和温度 ．模 拟结果 与实测值 接近 ， 并为 精确计算淬 火过 程中 的热 应
ｐ ａ ｔ ｅ ｐ ｏ ｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｅｅ ｅ ｃ ｓｆ ｒｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｉ ｕ ｔ ｓ ｎ ｅ ｄｎ ｅ ｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｉ ， ｒ ｖｄ ｎ ｈ ｏ ｅｉｌ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｃ ｕ ａｅ ｃ ｕ ａｉ ｆｒ ｓ ａ ｓ ｅ ｓａ ｄ ｂ ｎ ｉ ｇ ｄ ｆ ｃｉ ． ｃ ｃ ｈ ｌ ｏ ｄｌ ｒ ｌ ｏ
钢件淬火过程温度场的数值模拟
过程 中温 度分 布 和组 织 转 变 是 不 均 匀 的 ， 终 在 零 最 件 内部 形成 热应 力 和 相 变 应 力 ， 接 影 响 零 件 的机 直 械 性能 和使 用 寿命 。甚 至 在使用 过程 中产 生 变形 或 开 裂 。生产 实践 表 明 ， 火 冷 却 过 程 是 热 处 理 工 艺 淬
方法 是 依靠试 验 测 定 和 经 验 判 断 ， 能 准 确 分 析 和 不
种 的不 同单元类 型 可供 选择 。本 例属 于 瞬态热 分 析
问题 ， 择 单 元 类 型 为 Ｔ ｅｍａ Ｓ ｌ ， ｒ ｋ ８ ｏ ｅ 选 ｈ ｒ ｌ ｏｉ Ｂ ｉ ｎ ｄ ｄ ｃ ７（ ０ ８节 点三 维六 面体 单元 ） 。
１ 淬 火 冷 却 过 程 数 学模 型
零 件 在淬 火时 ， 热传 递 的方 式有 热传 导 和对 流 。 对于 三维 形状 的零 件 ， 淬火 过程 热传 导方 程 】 ：
ａＴ Ｉ 一 Ｄ ｃ
后处 理模 块 。前处 理模 块 提供 了一 个强 大 的实体 建
模及 网格 划分 工 具 ； 解模 块 包 括 几 乎 所 有 领 域 的 求 分析 ， 可模 拟 多种 物理介 质 的相 互作 用 ， 有 灵敏 度 具
ＡＮＳ ＹＳ软 件是 融 结 构 、 、 体 、 热 流 电磁 、 学 多 声
过程 温度 场 的动态 模拟 。可 快 速准 确地 获得 钢件 淬
火过程 温 降历 程 、 温度 场分 布 。
物理 场 于一体 的 大 型通 用 有 限 元 分 析 软 件 ， 由世 界
上著名 的有 限元 分 析软 件 公 司一美 国 ＡＮＳ Ｓ公 司 Ｙ 开发 。主要包 括 ３个部 分 ： 前处 理模 块 ， 求解 模块 和
T8钢圆柱体水淬过程温度场模拟【毕业作品】
任务书设计题目：T8钢圆柱体水淬过程温度场模拟1．设计的主要任务及目标建立轴对称有限元模型，模拟计算T8钢热处理加热及水淬过程温度场分布，从而确定加热保温时间；分析热处理前后T8钢组织与力学性能的变化，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T8钢加热过程某些时刻的温度场分布及圆柱体上特殊点的温度随时间的变化关系；模拟T8钢水淬过程某些时刻的温度场分布及圆柱体上特殊点的温度随时间的变化关系；分析T8钢热处理前后组织及力学性能的变化。
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）4．进度安排T8钢圆柱体水淬过程温度场模拟摘要: T8模具钢属于抗冲击碳素工具钢、冷作模具钢、淬硬型塑料模具用钢，该钢无网状碳化物析出倾向，塑性、韧性优于T10A钢，适用于制作较大截面的模具。
重载模具采用T8模具钢，进行预先调质球化处理，效果较好。
该钢可加工性好，价格低廉，来源容易，但缺点是淬透性低，耐磨性差，淬火变形大。
本文将采用ANSYS有限元分析对T8钢进行热处理过程模拟，热处理过程计算机模拟具有速度快、效率高、结果形象逼真、能综合全面反映热处理过程中各种变化规律的特点。
与试验研究相结合，可以极大地拓展实测数据提供的信息，完成试验研究很难做到甚至不能做到的工作。
国内的许多专家和学者运用MARC、ANSYS等软件对现实中热处理过程进行了模拟，而且取得了一系列令人满意的成果，并将模拟的结果指导于生产实践之中。
无缝钢管淬火感应加热过程的数值模拟
ｏ ． 旨
．．
０ 引 言
利用 中频 电磁感 应加 热装 置对无 缝钢管 进行 感 应 加热 ，在 欧美发 达 国家 已经 是一种 较成熟 的工艺
技术 ，并且 在石油 专用管 制造 领域得 到 了广泛 的应
用 管感应 加热 热处理线 ．在 加热 区都使 用 中频感 应
加热设备对钢管进行感应加热。同时 ，电磁感应加 热 也广泛 应用 到钢管 的扩径 、弯 曲等方 面 。感应 加
一一一一 ～一 一＝ ～ 一
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慨
用 。例 如 美 国 的 ＴＭＫ Ｎ 公 司 、 Ｌ Ｎ Ｔ Ｉ Ｅ Ｏ ＧＳ ＡＲ公 司 ． 日本川崎 钢铁 公 司等 都拥 有 自己的钢管 感应 加 热热处理 生产线 ３ －。当前 ，我 国应用 感应加热 钢管 ］ 技术 才刚 刚起步 ，例如 ，无锡 的西姆 莱斯 石油 专用 管 制造有 限公 司 ２ ０ ０ ６年 在 国 内建 设 了一 条 石 油专
关键词 ：无缝钢管 ；感应加热 ；数值模拟 ；淬火
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ．：Ｔ １ ２８ 文 献 标 识码 ：Ｂ 文 章编 号 ：１ ０ — ３ （０ ０ ０ — ０ ６ ０ Ｇ１ ６３ Ｇ ６ ．４ ０ １２ １ ２ １ ） ５ ０ ６ — ４ １
Ｎｕ ｅ ｉ ａｌ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｃ ｉ － ｅ ｔ ｇ ｍ ｒ ｃ Ｓｉ ｌ ｔ ｆＩ ｄｕ ｔ ｏ ｏｎ ｈ ａ ｉ ｎ
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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
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｅｄ ｏ ｌｓ ｕ ｆ ｃ ｕ ｎ ｈ ｎ ｓｓｍｕ ａｅ 山 ＡＮＳ ．Ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｓ ｔ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｆ ａ ｍａ ｓ ｒａ ｅ ｑ ｅ ｃ ｉ ｇ ｉ ｉ ｌ ｔｄ ｗｉ ｉ ｐ ＹＳ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｅ ｒ ｕ ， ｅ ｌ ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｈ ｒ ｐ ｅ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｒ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ．Ｂ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｈ ｅ ｔ ｎ ｆｒ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｉｃ ｎ ｈ ａ ｄ ｎ ｄ ｌｙ ｒｃ ｌ ｂ ｂ ａｎ ｄ ｉ ｏ ｌ ｓ ａ ｄ ｏ ｘｍｕ ｐ ａ ａ ｓ － ｈ ｓ ｒ ｏ ｍａｉｎ ｄ ｐ ｈ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｆ ｅ ｃ ｏ ｅ ｒ ａ ｈｎ ｈ ｉｈ ｓ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｔｎ ｙ ｏ ｉ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｔｏ ｅ ｔ ｎ ｈ ｉ ｍｅ ｏ ａ ｈ ｎ ｄ ｅ ｃ ｇ ｔｅ ｈｇ ｅ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ，ｈ ｏ ｓｓ ｃ ｆ ｓｍｕ ａ ｏ ｘ ｅ ｉ ｉ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｔ ｉ
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
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。
大型锻件淬火组织场数值模拟
大 型锻件 的热 处理 过程 比较 复 杂 。加 热 和冷
的温 度 一 间 曲线 和相 变 类 型 选定 组 织 转 变 数学 时 模 型进 行计 算 … 。淬 火 过 程 的 组 织 转 变 主 要 涉
及 扩散 型相 变 （ 光体 ＋ 素体 、 氏体转 变 ） 珠 铁 贝 和 非 扩散 型相 变 （ 氏体转 变 ） 马 。
对于 马 氏体 这 种 非扩 散 型转 变 ， 变 量 仅决 转 定于 温度 ， 而与 时 间无 关 ， 可采用 Ｋ 方 程计 算 转 Ｍ 变量 ， 表达 式为 ：
选取 ４个 特 殊冷速 制 备试样 进行 金相 观察 。并 结 合 工程 应 用 ， 算 （ １５ｉ 型 锻 件 的 淬火 温 度 计 ２ ． ｊ ｎ大 分 布及 沿截 面 的组 织 分布 。
力 很强 。但 Ａ Ｓ Ｓ没有 相变 和组 织场 演 化模 块 ， ＮＹ 使 其在 处理 材料 热处 理 问题 上 有一定 的局 限性 。 本 文运 用 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ语 言 对 Ａ Ｓ Ｓ进 行 二 次 开 ＮＹ 发， 计算 一种 贝氏体 钢在 不 同冷 速 下 的组 织 ， 同时
对 于扩散 型 相 变 ， 常 采 用 Ｊ Ａ 通 Ｍ Ｋ方 程 来 描
ｍ ×１ 的试 样 ， 淬火 相变仪 上按 固定冷 速 ｍ ０ｍｍ 在 １ ／ ｉ 、ｏ ／ ｉ 、０Ｃ ｍｉ、０ ｃ ／ ｉ 却 ， ｍ ｎ ５Ｃ ｍ ｎ ２ ｏ／ ｎ ３ ０ｃ ｍ ｎ冷 ｏ Ｃ 观 察 不 同冷速 下 得 到 的金 相 组 织 Ｊ 。金 相 图 片 见 图３ 。可 以看 出 ４个典 型 冷速 的模 拟计 算 结果 与 实验 观测结 果吻合 的 比较好 。 ３ 工程计 算实例 本 文在 上述 计算 的基 础 上 ， 一 步模 拟计 算 进 直径 为 １５ ｍ， 度 为 ２ｍ 的大 型锻 件 ， ８ ０ ． 长 在 ９ ％
9Cr18Mo钢圆柱试件淬火过程的数值模拟
变潜热的情况下， 采用有限元方法模拟 9Cr18Mo 钢圆柱形试样的淬火过程， 分析预报试样淬火变 并与实验结果进行了对比. 形量和应力场变化，
1
计算模型
考虑淬火过程中相变潜热以及材料热物性参 数和对流换热系数随温度变化等非线性因素 ， 对 淬火过程中热传导方程以及相 于三维柱坐标系， ［8 ］ 应的初始条件和边界条件可以表示为 ： λ 1 T T T + . （1） + r (1 ) + q′ = ρCp T r r ( r ) r θ t z
2 2 2 2 2
T（ r， z， t） = Tinitial － λ T θ， n
= Hk （ T w － T c ） .
s
（2）
式中： r，θ，z 分别为坐标变量； q′ 内为内热源强
· 760·
哈
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滨
工
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大
学
学
报
第 42 卷
度， 这里就是相变潜热； T 为温度，℃ ； t 为时间， s； ρ 为 材 料 密 度，（ kg / m3 ） ； C p 为 定 压 比 热， ［J / （ Kg℃ ） ］ ； λ 为热导系数 ， ［W / （ m· ℃ ） ］ ； Hk ，［w / （ m ℃ ） ］ ；T w ，T c 分别为试样表 为换热系数 Cp λ、 面温度和淬火介质温度，℃ ； 计算时认为 ρ、 均是各向同性的， 并且只依赖于温度变化. 淬火过程试样变形采用弹塑性模型， 总应变 ｛ dε｝ t 由 3 部分组成［9］： ｛ dε｝ t = ｛ dε｝ e + ｛ dε｝ p + ｛ dε｝ th .
2
等效热容法计算相变潜热
研究表明： 淬火后材料组织为马氏体和残留奥 在淬火过程 氏体. 由于实验使用的试样尺寸比较小， 中只发生马氏体相变， 因而模拟计算中仅考虑马氏 体转变带来的相变热效应， 而且根据 Magee 公式， 淬
T8钢圆柱体油淬过程温度场模拟【毕业作品】
T8钢圆柱体油淬过程温度场模拟摘要：钢作为一重要的工程材料，按化学成分可以分为碳素钢，合金钢两类。
T8钢属于碳素工具钢，淬硬型塑料模具用钢。
淬火回火后有较高硬度和耐磨性，但热硬性低、淬透性差、易变形、塑性及强度较低。
用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，如形状简单的模子和冲头、切削金属的刀具、打眼工具、木工用的铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等工具[1]。
淬火是实现工件组织结构优化的一个重要手段，也是机械行业的一项重要基础技术，它对于提高和控制材料的性能，充分发挥材料的性能潜力，节省原材料，减少能耗，提高产品的可靠性，延长其使用寿命，并提高生产单位的经济效益等都具有十分重要的意义。
研究T8钢就是要让其将自己的最大性能发挥出来，为人们的日常生活中，工作中发挥其优点，使人类生活更加完善。
随着计算机技术的迅速发展，淬火过程的计算机模拟越来越受到人们的重视，已成为当今淬火过程研究和淬火工艺设计中必不可少的重要方法。
热处理过程计算机模拟具有速度快、效率高、结果形象逼真、能综合全面反映热处理过程中各种变化规律的特点。
与试验研究相结合，可以极大地拓展实测数据提供的信息，完成试验研究很难做到甚至不能做到的工作。
国内的许多专家和学者运用CAE软件如MARc、ANSYS等对现实中热处理过程进行了模拟，而且取得了一系列令人满意的成果，并将模拟的结果指导于生产实践之中[2]。
我们通过了解T8钢的基本结构，基本性能以及淬火工艺，根据学习了解Ansys 软件，了解Ansys软件的操作，假设模拟出T8钢圆柱体油淬过程的温度场模拟，从而更深层次的了解T8钢的性能，让它更好的投入到人类生产中去。
关键词：T8钢，Ansys模拟，温度场，热处理T8 steel cylinder oil quenching temperature field simulationAbstract:Steel as an important engineering material, according to the chemical composition can be divided into carbon steel, alloy steel. Type belongs to carbon tool steel T8 steel, hardened plastic mold steel. Heat quenching tempering has higher hardness and wear resistance, but low hardness, low hardenability and low, easy to deformation, plasticity and strength. Used as a need to have high hardness and wear resistance of various tools, such as shape simple mould and punch, cutting of metal cutting tools, drilling tools, woodworking cutter, countersink, axe, chisel, longitudinal hand saws, and fitter assembly tools, riveting die, etc. Quenching is implementation artifacts in optimizing the structure of the organization is an important means, is also the machinery industry is an important basic technology, it is to improve and control the performance of the material, give full play to the potential material performance, save raw materials, reduce energy consumption and improve the reliability of products and prolong its service life, and improve the economic benefits of production units and so on all has the very vital significance. Study of T8 steel is to let it play out their biggest performance, for People's Daily life, work in the play to its advantages, make human life more perfect.With the rapid development of computer technology, computer simulation of quenching process of more and more get people's attention, has become a current research on quenching process and the essential important method in the design of quenching process. Computer simulation of heat treatment process with high speed, high efficiency, the image is clear and comprehensive reflection of the characteristics of various change law in the process of heat treatment. Combined with experimental study, can greatly expand the information provided by the measured data, complete experimental study hard can't even do that work. Many domestic experts and scholars using CAE software, such as MARc, ANSYS in reality such as heat treatment process is simulated, and a series of satisfactory results, and the simulation results of guidance to the production practice.We through understanding the basic structure of T8 steel, basic performance and the quenching process, according to the understanding of Ansys software, understand theoperation of the Ansys software, assuming that simulate the temperature field of T8 steel cylinder oil quenching process simulation, thus a deeper understanding of T8 steel performance, to make it better into the human production.keywords : T8 steel, Ansys,The temperature field，Heat treatment目录1 绪论 (1)2 T8钢的基本结构和淬火工艺基础 (2)2.1 T8钢的基本结构 (2)2.2 淬火工艺基础 (2)2.3 淬火后组织分析 (6)2.3.1 马氏体 (6)2.3.2 贝氏体 (7)3 ANSYS10.0热分析 (8)3.1 ANSYS软件介绍 (8)3.2 热分析的目的 (8)3.3 热分析的基本理论 (8)3.3.1 基本符号与单位 (8)3.3.2 热传递的方式 (10)3.3.3 热力学第一定律 (10)3.3.4 热传导控制微分方程 (11)3.4 ANSYS稳态热分析 (11)3.4.1 热载荷和边界条件的类型 (11)3.4.2 稳态热分析基本步骤 (13)3.5 ANSYS瞬态分析 (14)3.5.1 瞬态热分析特性 (14)3.5.2 时间步长设置 (15)4 T8钢圆柱体热分析 (16)4.1 问题描述 (16)4.2 求解步骤 (18)结果与分析 (25)参考文献 (30)致谢 (31)附件 (32)1 绪论计算机模拟淬火过程在生产产品和分析产品性质上日益突出其优。
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。
轴对称大锻件淬火过程温度场及组织场的数值模拟
轴对称大锻件淬火过程温度场及组织场的数值模拟
６．应力对组织转变的作用 如在应力作用下改变等温转变时的初始转变时间和终了转变时间以及产
生所谓之相变塑性等。 这种复杂的耦合关系给研究温度、相变、应力带来了很多困难，目前还不
能建立起全面反映相互耦合关系的数学模型，本论文着重讨论相变对温度、应
力的影响。
数学物理模型建立及相应的计算方法的选择是温度场、组织场和应力场数 值模拟首先需要解决的问题，数学模型是基本规律的反映，数值模拟的成功与 否、精度如何，决定于数学模型对模拟对象的概括表达程度。其次，这种模型 在数学表达上必须比较简单，使得在解题过程中容易求解。
大锻件淬火热处理，虽然在基本理论和工艺方面同一般中、小型零件的热 处理是一致的，但是又具有自己的特点：［１，
ａ．在淬火过程中容易产生较大的瞬时应力和残余应力，特别是对于淬透性 较好的合金钢，容易使锻件产生较大的变形，导致锻件的开裂。
ｂ．相变潜热在淬火冷却过程中会产生明显的影响。 Ｃ．截面上不同部位的冷却速度不同，即使同一部位的冷却速度也是随时间 变化的。 ｄ．大锻件热处理后一般都要求有强度和韧性的良好配合。 以往国内工厂在制定大型成套设备中的重要大件（如主轴、压力筒等）的 热处理工艺时，均是参考已有的经验曲线和数据，并对实物进行现场测试甚至 解剖方能确定。工作繁重、周期较长、费用也很巨大，而且难以探索工艺的改 进”１。因为对大锻件淬火过程，要在理论上对温度场、组织场、应力场耦合求 解析解是很困难的，甚至是不可能的。用物理模拟方法进行研究也有许多局限 性，因为很难找到各种物理量都能满足相似原理的物理模型。对小试样在一定 条件下测得的温度场、组织场、应力场很难应用到真正尺寸的实物上。由于淬 火热处理过程涉及高温，欲对实物的温度、组织、应力做在线测量，在当前技 术条件下亦是不可能的。表面测量都很困难，更不用说锻件内部的各场量的分 布。目前能做的是在热处理完了以后，在室温状态下通过解剖的方法测定组织 状态和残余应力分布的状况。这不仅要耗费大量的人力、物力、时间，而且所 得到的仅是某一零件、某一具体工艺条件下的最后情况，很难获得能直接推广 应用的规律性成果。故目前淬火等热处理工艺大多数还是建立在定性分析的基 础之上，凭经验制定的。这种状况与经济迅速发展要求的高质量、低成本是不 相适应的”１。 自计算机问世以来，计算机数值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，通过计算机求解各场量，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
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朱圆圆，祁文军，易 挺，李志成
（新疆大学机械Ｔ程学院，新疆乌鲁木齐８３０００８）
摘 要：利用ＡＮＳＹＳ软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解，得到了钢件
淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿铜件内壁温度分布，以及钢件上所选特殊点的温度分布；同时还建
立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据，对淬火过程
作者：
作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
朱圆圆， 祁文军， 易挺， 李志成， ZHU Yuanyuan， QI WeNun， YI Ting， LI Zhicheng 新疆大学,机械工程学院,新疆,乌鲁木齐,830008
新技术新工艺 NEW TECHNOLOGY & NEW PROCESS 2008(11)
系数与材料淬火过程的温度有关。 零件进行淬火时，认为边界条件为对流换热边
界条件［６｜：
３下Ｉ
—Ａ芸Ｉ＝＾（Ｔ，一Ｔｑ）
Ｏｎ
ｆ
其中ｈ和ｆ分别表示表面换热系数和换热边
界，ｔ为零件表面温度，Ｌ为淬火界质温度，嚣表示
沿向的温度梯度。
２ 基于ＡＮＳＹＳ的淬火温度场的数值模拟实 例分析
某零件材质为４５号钢，将其加热到８００℃，保 温一段时间，在０℃水中淬火，用ＡＮＳＹＳ软件模拟 其淬火５ ｍｉｎ的温度场分布。淬火过程属于瞬态热 分析问题。图１为钢件的截面图。 ２．１定义单元类型
单元类型决定单元的自由度设置、单元形状、维 数、位移形函数。在ＡＮＳＹＳ数据库中有超过１５０ 种的不同单元类型可供选择。本例属于瞬态热分析 问题，选择单元类型为Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｏｌｉｄ，Ｂｒｉｃｋ ８ｎｏｄｅ ７０（８节点三维六面体单元）。 ２．２单元的材料特性
绝大多数单元类型都需要材料特性。根据应用 的不同，材料特性可以是线性或非线性。线性材料
热分析是ＡＮＳＹＳ软件分析功能中的一个模 块。国际热分析协会（简称ＩＣＴＡ）的命名委员会于 １９７７年给的定义是：热分析是在程序控制温度下测 量物质的物理性质与温度关系的一类技术，定义中 的程序控制温度是指按某种规律加热或冷却，通常 是线性升温和线性降温。ＡＮＳＹＳ进行热分析的基 本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元（包 含若干节点），然后根据能量守恒原理求解一定边界 条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此 计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相 关量‘引。
几何模型的创建有２种方法：输入法和创建法。 输入法是直接输入由其他ＣＡＤ软件（如ＰＲＯ／Ｅｎ－ ｇｉｎｅｅｒ、ＵＧ、Ｓｏｌｉｄ Ｗｏｒｋｓ等）创建好的实体模型，利 用ＡＮＳＹＳ与ＣＡＤ软件的接口将建好的模型导入 ＡＮＳＹＳ中。创建法是直接利用ＡＮＳＹＳ的建模功 能创建实体模型。该钢件属于轴对称图形，利用自 上而下的建模方法建立钢件的十分之一的三维模 型。利用模型扩展功能，可以得到钢件整体三维 模型。 ２．４ 网格划分
作者简介：朱圆圆（１ ９８３一），女，硕士研究生，主要研究方向 为模具ＣＡＤ／ＣＡＩ／ＣＡＭ软件开发及应用。
收稿日期：２００８年７月１０日
责任编辑 吕德龙
图４零件某些节点温度随时间变化曲线图
万方数据
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１１期
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钢件淬火过程温度场的数值模拟
万方数据
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１．１期
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口６ ０４
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纫ｌ呖 Ｄ．Ｃ
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图１零件截面图
特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异 性的，对各向同性材料只需指定其一个方向的特性。 非线性材料特性通常是表格数据，如塑性数据、磁场 数据、蠕变数据等【８］。瞬态热分析需要定义材料的 比热容、热导率、密度，其数值查手册［７］。４５号钢密 度取７ ８３３ ｋｇ／ｍ３，在８００℃时，Ｃｐ＝８０６ Ｊ／（ｋｇ ·℃），Ａ一２６．４９ Ｗ／（ｍ·℃） ２．３建立模型
过程温度场的动态模拟。可快速准确地获得钢件淬 火过程温降历程、温度场分布。
１ 淬火冷却过程数学模型
零件在淬火时，热传递的方式有热传导和对流。
对于三维形状的零件，淬火过程热传导方程¨］：
ａＯ；（Ａ誓） ｌＤｃ一＿Ｏ瓦Ｔ一五Ｏ＼，Ａ ＯｍＴ）ａｏｎｙ ＯｄＴｙ
其中，队ｆ和Ａ分别表示材料的密度、比热容和 热传导系数。对于淬火过程来说，比热容和热传导
设置好边界条件后，点击Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ／Ｓｏｌｕ－ ｔｉｏｎ／Ｓｏｌｖｅ／Ｃｕｒｒｅｎｔ ＬＳ，即可求解成功。然后选取
圈２不同时刻温度场分布
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万方数据
《【新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１１期
Ｇｅｎｅｒａｌ ｐｏｓｔｐｒｏｃ／ｒｅａｄ ｒｅｓｕｌｔ／ｂｙ ｐｉｃｋ，读取所要步 的分析结果，用等值线图显示淬火３００ Ｓ内任意一 秒钢件各节点的温度场分布。本文只选取１ Ｓ、６０ Ｓ、１２０ ｓ时，钢件局部与整体温度场分布如图２。由 图２可见，在淬火１ ｓ时表面温度迅速下降，心部仍 保持高温。随着淬火时间的延长，钢件温度迅速下 降。仅用２ ｍｉｎ，钢件表面就从８００℃高温降低到 了４５℃左右，心部降低到１１２℃左右。在任一时 刻，零件心部温度在整个钢件中都是最高的，这完全 符合生产实际。得到的钢件表面淬透性最大，钢件 的机械性能表面硬度较高，耐磨损，心部硬度较低， 冲击韧性较好。但是，冷却速度不均匀会产生热应 力。图３显示了６０ ｓ时，钢件圆柱内壁沿高度方向 在同一条直线上的节点温度分布。横坐标表示距底 面的高度，纵坐标表示节点的温度值。在淬火过程 中，因圆柱壁厚不均匀，壁厚部分较壁薄处降温较 慢，心部较边缘部分降温较慢。图４是在钢件上选 取一些点（如图１所示），查看温度分布。各点温度 均随着淬火时间的延长而降低，只是降温的速度不 同。Ｃ、Ｄ点降温最快，Ｂ点次之，Ａ点最慢。如果 想得到其他节点的温度场，只要选取节点的坐标值， 即可显示各节点的温度场分布等值线图。
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圈３在６０ ｓ时沿圆柱筒内壁温度分布
由此可见，１）对于其他型号的钢件，只要知道 其初始温度和终止温度，热物性参数值，同样，可以 用ＡＮＳＹＳ件定量的模拟其淬火全过程的温度场。 ２）对于不同的淬火液，只要选取相应的表面传热系 数，利用ＡＮＳＹＳ软件模拟其淬火温度场，求解淬火 冷却时间，对比结果后选择合理的淬火介质。３）该 方法为合理控制淬火的时间提供依据，为计算淬火 过程中的热应力、残余应力提供了温度边界条件。
7.张朝辉 ANSYS热分析教程与实例解析 2007
8.张建峰;王翠玲;吴玉萍 ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[期刊论文]-冶金能源 2004(05)
9.张国智;胡仁喜;陈继刚 ANSYS10.0热力学有限元分析实例指导教程 2007
本文链接：/Periodical_xjsxgy200811035.aspx
ＡＮＳＹＳ软件的热分析功能主要包括稳态热分 析、瞬态热分析、热辐射、相变、热应力等，以及与热 有关的耦合场分析ｎ］。淬火冷却过程属于热分析中 的瞬态热分析。在淬火过程中，零件各部分在冷却 过程中温度分布和组织转变是不均匀的，最终在零 件内部形成热应力和相变应力，直接影响零件的机 械性能和使用寿命。甚至在使用过程中产生变形或 开裂。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。淬火过程温度分布的传统 方法是依靠试验测定和经验判断，不能准确分析和 预测淬火过程的温度场［４Ｊ。计算机模拟可将热处理 过程动态的、逼真的模拟，ＡＮＳＹＳ软件具有友好的 用户接口，强大的分析功能，特别适合复杂零件淬火
参考文献(9条) 1.谭真;郭广文 工程合金热物性 1994 2.叶先磊;史亚杰 ANSYS工程分析软件应用实例 2003 3.张朝晖 ANSYS 8.0结构分析及实例解析 2005 4.殷雯;雷宏 对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 1998(04)
5.赖宏;刘天模 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[期刊论文]-重庆大学学报 2003(03) 6.马仙 淬火过程数值模拟研究进展[期刊论文]-兵器材料科学与工程 1999(03)
中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。
关键词：温度场；淬火；数值模拟；ＡＮＳＹＳ
中图分类号ＩＴＧ １５６．３４
文献标志码：Ａ
ＡＮＳＹＳ软件是融结构、热、流体、电磁、声学多 物理场于一体的大型通用有限元分析软件，由世界 上著名的有限元分析软件公司一美国ＡＮＳＹＳ公司 开发。主要包括３个部分：前处理模块，求解模块和 后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建 模及网格划分工具；求解模块包括几乎所有领域的 分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度 分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以 各种所需要的方式显示出来Ⅲ。
３ 结语
本文利用ＡＮＳＹＳ软件对淬火过程温度场的进 行了数值模拟，节点等值线图可以清晰直观地反映 淬火过程任意时刻，任意节点的温度场分布。数值 模拟的结果符合生产实际并且运算速度较快。该方 法明显优于传统的人工测量和经验判断方法。
［参考文献］
［１］张国智．胡仁喜．陈继刚．等．ＡＮＳＹＳＩＯ．０热力学有限元 分析实例指导教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［２］张建峰，王翠玲，吴玉萍，等．ＡＮＳＹＳ有限元分析软件在 热分析中的应用［Ｊ］．冶金能源．２００４，２３（５）：９－１０． ［３］张朝辉．ＡＮＳＹＳ热分析教程与实例解析［Ｍ］．北京：中 国铁道出版社。２００７． ［４］马仙．淬火过程数值模拟研究进展［Ｊ］．兵器材料科学与 工程，１９９９（３）：５９—６３． ［５］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（３）：８２—８３． ［６］殷雯，雷宏．对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 ［Ｊ］．集美大学学报，１ ９９８，３（４）：５５—５９． ［７］谭真，郭广文．工程合金热物性［Ｍ］．北京：冶金工业出 版社，１９９４． ［８］张朝晖．ＡＮＳＹＳ ８．０结构分析及实例解析［Ｍ］．机械工 业出版社．２００５． ［９］叶先磊，史亚杰．ＡＮＳＹＳ工程分析软件应用实例［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２００３．