熱處理工藝分析方案及應(yīng)用

金屬的熱處理工藝，主要包括奧氏體化，滲碳，淬火，回火，退火，感應(yīng)淬火，時效等。熱處理階段中，常會出現(xiàn)熱處理過程加熱及冷卻時間不能準確把握，相變過程無法監(jiān)控，滲碳深度及碳含量無法確定、淬火馬氏體轉(zhuǎn)變率不能準確控制、工件發(fā)生淬火扭曲變形、殘余應(yīng)力過大或分布不合理、淬火硬度不夠、出現(xiàn)淬火裂紋等缺陷，而通過傳統(tǒng)“試錯”及經(jīng)驗的方式并不能準確和科學(xué)化、數(shù)據(jù)化地分析熱處理工藝的合理性，造成了金屬的熱處理工藝失敗，延長了生產(chǎn)周期。Deform-HT可對金屬熱處理整個工藝過程進行模擬分析，通過直觀分析云圖及各種數(shù)據(jù)判斷金屬在熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷及工藝設(shè)計問題，達到良好的設(shè)計需求。

●熱處理工藝模擬過程的實現(xiàn)

Deform HT可進行金屬產(chǎn)品復(fù)雜熱處理工藝的流程設(shè)置，包括爐內(nèi)加熱的奧氏體化，滲碳工藝的環(huán)境碳含量，淬火介質(zhì)的水、油、堿液，各工藝階段的保溫及冷卻時間、溫度等。通過計算分析獲得熱處理過程各階段、各時刻的產(chǎn)品外部及內(nèi)部場變量數(shù)據(jù)變化情況。

熱處理工藝表設(shè)置（奧氏體化-滲碳-油淬-水洗-回火-空冷）

奧氏體化階段某時刻溫度云圖加熱過程溫度云圖

●熱處理過程相變含量模擬

熱處理中，Deform HT通過相變動力學(xué)方程進行各相在該過程中的轉(zhuǎn)變情況，包括珠光體、鐵素體等到奧氏體的擴散轉(zhuǎn)變，奧氏體向馬氏體的晶格切變轉(zhuǎn)變，奧氏體向珠光體、鐵素體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變，馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)變及連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變等，計算不同熱處理階段、不同時刻的各相轉(zhuǎn)變百分比及相得分布，幫助用戶更合理地設(shè)計工藝保溫時間及溫度值。

不同階段馬氏體的百分含量及分布情況

●滲碳及碳含量模擬

Deform HT可模擬金屬熱處理滲碳過程中碳的內(nèi)部擴散、環(huán)境碳的固溶滲透，獲得滲透過程中碳的滲透深度、碳含量及分布情況，更好地優(yōu)化滲碳時間、滲碳溫度等工藝參數(shù)。

滲碳某時刻距表面不同深度范圍內(nèi)的碳含量分布曲線（可獲得滲碳深度值）

●熱處理硬度模擬

熱處理過程中不同相具有的硬度不同，Deform HT可計算熱處理各階段金屬產(chǎn)品內(nèi)部及表面硬度的變化和數(shù)值，同時可考慮滲碳后表面碳含量對淬火硬度的影響。

初始狀態(tài)時的硬度油淬后硬度值及各處硬度大小分布

●熱處理變形模擬

Deform HT同時考慮熱處理過程中由熱膨脹、相變塑性、相密度及相轉(zhuǎn)變所造成的尺寸及體積變化情況，從而分析熱處理過程發(fā)生的形狀扭曲，體積膨脹等熱處理缺陷，對于產(chǎn)品尺寸的變化差異可精確到微米級別。

熱處理淬火前后的尺寸變化

●熱處理殘余應(yīng)力及裂紋模擬

Deform HT熱處理殘余應(yīng)力計算包括熱應(yīng)力及組織應(yīng)力的耦合結(jié)果，采用的彈塑性有限元模型可完全計算金屬熱處理過程各個時刻及淬火之后的殘余應(yīng)力分布情況，包括笛卡爾坐標系及圓柱坐標系下等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力、軸向應(yīng)力及徑向應(yīng)力及其拉壓應(yīng)力情況，進行熱處理殘余應(yīng)力的優(yōu)化和淬火產(chǎn)生裂紋的判斷依據(jù)。殘余應(yīng)力的計算及優(yōu)化，可避免金屬熱處理裂紋及增強產(chǎn)品的疲勞使用壽命，提高熱處理后的產(chǎn)品質(zhì)量。

熱處理裂紋模擬

●應(yīng)力松弛及時效分析

Deform-HT可進行鋁合金、鎳合金等有色金屬的固溶時效及應(yīng)力松弛熱處理分析，獲得熱處理溫度場、殘余應(yīng)力、熱處理形變、應(yīng)力消除、裂紋等結(jié)果，優(yōu)化時效溫度和時間。

鋁合金輪轂固溶淬火及時效

●感應(yīng)熱處理分析

Deform-HT通過FEM有限元及BEM邊界元算法進行感應(yīng)熱處理的分析，包括單頻和多頻感應(yīng)加熱及淬火工藝過程，可計算磁場密度、加熱溫度場、殘余應(yīng)力、相轉(zhuǎn)變深度、熱處理變形、裂紋等結(jié)果，優(yōu)化線圈設(shè)計及電流參數(shù)、淬火時間及冷卻方式。

電感應(yīng)熱處理分析

熱處理應(yīng)用案例：

●齒輪熱處理形變?nèi)毕莘治?/strong>