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(shí)效等。熱處理階段中,常會(huì)出現(xiàn)熱處理過(guò)程加熱及冷卻時(shí)間不能準(zhǔn)確把握,相變過(guò)程無(wú)法監(jiān)控,滲碳深度及碳含量無(wú)法確定、淬火馬氏體轉(zhuǎn)變率不能準(zhǔn)確控制、工件發(fā)生淬火扭曲變形、殘余應(yīng)力過(guò)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(guò)傳統(tǒng)“試錯(cuò)”及經(jīng)驗(yàn)的方式并不能準(zhǔn)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(zhǎng)了生產(chǎn)周期。Deform-HT可對(duì)金屬熱處理整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行模擬分析,通過(guò)直觀分析云圖及各種數(shù)據(jù)判斷金屬在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷及工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題,達(dá)到良好的設(shè)計(jì)需求。
●熱處理工藝模擬過(guò)程的實(shí)現(xiàn)
Deform HT可進(jìn)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(shí)間、溫度等。通過(guò)計(jì)算分析獲得熱處理過(guò)程各階段、各時(shí)刻的產(chǎn)品外部及內(nèi)部場(chǎng)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(shí)刻溫度云圖加熱過(guò)程溫度云圖
●熱處理過(guò)程相變含量模擬
熱處理中,Deform HT通過(guò)相變動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行各相在該過(guò)程中的轉(zhuǎn)變情況,包括珠光體、鐵素體等到奧氏體的擴(kuò)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(jì)算不同熱處理階段、不同時(shí)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(jì)工藝保溫時(shí)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(guò)程中碳的內(nèi)部擴(kuò)散、環(huán)境碳的固溶滲透,獲得滲透過(guò)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(shí)間、滲碳溫度等工藝參數(shù)。
滲碳某時(shí)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(guò)程中不同相具有的硬度不同,Deform HT可計(jì)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(shí)可考慮滲碳后表面碳含量對(duì)淬火硬度的影響。
初始狀態(tài)時(shí)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(shí)考慮熱處理過(guò)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(guò)程發(fā)生的形狀扭曲,體積膨脹等熱處理缺陷,對(duì)于產(chǎn)品尺寸的變化差異可精確到微米級(jí)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(jì)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(jì)算金屬熱處理過(guò)程各個(gè)時(shí)刻及淬火之后的殘余應(yīng)力分布情況,包括笛卡爾坐標(biāo)系及圓柱坐標(biāo)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(jìn)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(jì)算及優(yōu)化,可避免金屬熱處理裂紋及增強(qiáng)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(shí)效分析
Deform-HT可進(jìn)行鋁合金、鎳合金等有色金屬的固溶時(shí)效及應(yīng)力松弛熱處理分析,獲得熱處理溫度場(chǎng)、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(shí)效溫度和時(shí)間。
鋁合金輪轂固溶淬火及時(shí)效
●感應(yīng)熱處理分析
Deform-HT通過(guò)FEM有限元及BEM邊界元算法進(jìn)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(guò)程,可計(jì)算磁場(chǎng)密度、加熱溫度場(chǎng)、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(jì)及電流參數(shù)、淬火時(shí)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>
◆項(xiàng)目描述
■齒輪熱處理后出現(xiàn)齒端面不平,尺寸發(fā)生變形,造成廢品率很高。
■通過(guò)熱處理工藝分析預(yù)測(cè)了變形缺陷,印證了初始工藝設(shè)計(jì)的不合理性,找到了內(nèi)在原因。
◆項(xiàng)目挑戰(zhàn)
■熱處理微觀組織材料參數(shù)復(fù)雜,工藝參數(shù)復(fù)雜。
■熱處理工序多,結(jié)構(gòu)形變復(fù)雜。
■熱處理過(guò)程結(jié)構(gòu)變形很小。
◆解決方案
■結(jié)構(gòu)、熱、微觀組織耦合分析。
■預(yù)測(cè)組織轉(zhuǎn)變、溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力、硬度、變形量、滲碳深度等結(jié)果。
◆重要價(jià)值
■準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了熱處理微小變形,找出工藝缺陷,指導(dǎo)后續(xù)工藝的修改優(yōu)化。
齒輪熱處理形變?nèi)毕莘治?/p>
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本文標(biāo)題:熱處理工藝仿真應(yīng)用案例
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