材料成型及控制工程畢業(yè)論文-45鋼熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　45鋼熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)

2、下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 45鋼熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

3、 </p><p>　　1．課題意義及目標(biāo) </p><p>　　學(xué)生應(yīng)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的金屬學(xué)及熱處理等專業(yè)知識(shí)，了解45鋼的概況、鋼的熱處理原理和熱處理工藝；熟悉45鋼的熱處理工藝方法；熟悉ANSYS軟件；掌握ANSYS軟件計(jì)算熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的方法，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)為優(yōu)化熱處理工藝提高零件質(zhì)量提供一定

4、的理論依據(jù)。</p><p><b>　　2．主要任務(wù)</b></p><p>　?。?）制定45鋼熱處理工藝。</p><p>　?。?）模擬計(jì)算熱處理加熱過(guò)程某些時(shí)刻溫度場(chǎng)的分布及某些特定位置溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系。</p><p>　?。?）模擬計(jì)算熱處理冷卻過(guò)程某些時(shí)刻溫度場(chǎng)的分布及某些特定位置溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系

5、。</p><p>　　（4）分析熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)分布對(duì)45鋼組織和力學(xué)性能的影響。</p><p>　?。?）撰寫(xiě)畢業(yè)論文。結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語(yǔ)言順暢；避免錯(cuò)別字和錯(cuò)誤標(biāo)點(diǎn)符號(hào)；格式符合太原工業(yè)學(xué)院學(xué)位論文格式的統(tǒng)一要求。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 賴宏，劉天模

6、. 45鋼零件淬火過(guò)程溫度場(chǎng)的ansys模擬[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（03）:82-84.</p><p>　　[2] 朱圓圓，祁文軍，易挺，等. 鋼件淬火過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 新技術(shù)新工藝，2008，（11）：97-99.</p><p>　　[3] 崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2007：230-308</p><

7、p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　45鋼熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬</p><p>　　摘 要：本論文中45鋼的熱處理工藝是通過(guò)復(fù)習(xí)《金屬學(xué)與熱處理》一書(shū)中鋼的熱處理原理來(lái)制定的，并借助ANSYS 有限元軟件建立軸對(duì)稱模型，對(duì)其施加溫度載荷來(lái)模擬計(jì)算熱處理過(guò)程中某些時(shí)刻溫度場(chǎng)的分布以及某些特定位置溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系。結(jié)果表明：熱處理加

8、熱過(guò)程開(kāi)始時(shí)，圓柱體側(cè)面的升溫速度最快，中心處升溫速度最慢，其余位置的速度介于二者之間，工件整體升溫速度隨著時(shí)間的增加逐漸下降；熱處理冷卻過(guò)程開(kāi)始時(shí)，圓柱體側(cè)面的降溫速度最快，中心處最慢，其余位置的速度介于二者之間，另外，剛開(kāi)始工件整體降溫速度較快，隨著時(shí)間的增加，工件整體降溫速度逐漸下降。整個(gè)熱處理過(guò)程中，工件中心和側(cè)面的溫度差隨時(shí)間的增加而減少。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有限元法，45鋼 ,熱處理 ,溫度

9、場(chǎng)</p><p>　　The heat treatment of 45 steel's temperature field simulation</p><p>　　Abstract：In this essay, 45 steel heat treatment process is through the review,author of sinosteel metallogra

10、phy 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, distri

11、bution 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 an</p><p>　　Keywords: Finite element

12、simulation，45steel，Heat treatment,Temperature field simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 研究目的及意義1</p><p>　　1.2

13、 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展3</p><p>　　1.3 研究的內(nèi)容及方法4</p><p>　　2 數(shù)值模擬技術(shù)的概述5</p><p>　　2.1 ANSYS軟件的基本原理6</p><p>　　2.2 熱處理溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的基本理論7</p><p>　　3 有限元模擬過(guò)程9</p>

14、<p>　　3.1 45鋼的熱處理工藝9</p><p>　　3.2 有限元建模9</p><p>　　3.2.1 熱物性參數(shù)的選擇10</p><p>　　3.2.2 網(wǎng)格劃分10</p><p>　　3.3 ANSYS模擬過(guò)程11</p><p>　　3.3.1 建模11<

15、;/p><p>　　3.3.2 定義材料熱物性參數(shù)11</p><p>　　3.4 加載求解階段12</p><p>　　3.5 結(jié)果及分析12</p><p>　　3.5.1 正火過(guò)程12</p><p>　　3.5.2 淬火過(guò)程16</p><p>　　3.5.3 回

16、火過(guò)程20</p><p>　　3.5.4 對(duì)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線圖分析24</p><p><b>　　4 結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><

17、p><b>　　1 前言</b></p><p>　　材料不僅是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且是社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的標(biāo)志。根據(jù)制造工具生產(chǎn)的材料歷史學(xué)家將人類生活分為石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代。到20世紀(jì)70年代人們把信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱，80年代以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。這主要是因?yàn)椴牧吓c國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)

18、、國(guó)防建設(shè)和人民生活休戚相關(guān)?，F(xiàn)今材料的品種、數(shù)量和質(zhì)量已經(jīng)是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平及國(guó)防力量的最重要的因素，其中鋼鐵材料占據(jù)尤為重要的地位。</p><p>　　鋼一直從鐵器時(shí)代沿用至今，其在工業(yè)發(fā)展中有巨大的重要性。鋼材是合金機(jī)構(gòu)材料中尤其重要，45鋼是使用最頻繁的鋼材之一，由于其綜合性能較好，機(jī)械、醫(yī)療和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域廣泛使用，尤其是在機(jī)械制造方面，廣泛用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，比如那些在交變

19、負(fù)荷下使用的連桿、螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸和柴油機(jī)零件等。</p><p>　　因此，研究鋼的熱處理對(duì)改進(jìn)鋼的性能有著積極重要的作用和意義，鋼材熱處理方面的探索和前進(jìn)定會(huì)促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步以及推動(dòng)21世紀(jì)全球高速發(fā)展的步伐，必將引領(lǐng)一場(chǎng)空前絕后的工業(yè)大潮。</p><p>　　1.1 研究目的及意義</p><p>　　熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，

20、通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝[1]。熱處理工藝有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程，加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，后來(lái)應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用不僅使加熱易于控制，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。利用這些熱源可以直接進(jìn)行加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，借助浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。 　　</p><p>　　金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)

21、生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能會(huì)產(chǎn)生很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或熔融鹽中、保護(hù)氣氛中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。 　　</p><p>　　加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要標(biāo)志。加熱溫度因被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一段的時(shí)

22、間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般不需要保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)[2]。 　　</p><p>　　冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中必不可少的步驟，因制定的熱處理工藝不同冷卻方法也會(huì)不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度最快，淬火的冷卻速

23、度更快。熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一，它不僅能提高零件的使用性能，充分發(fā)揮鋼材的潛力，延長(zhǎng)零件的使用壽命，而且還可以改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減少刀具磨損。為了體現(xiàn)45鋼最佳的綜合性能，必須制定合理的熱處理工藝。常用的熱處理工藝主要有正火、淬火、回火等，影響其熱處理工藝的因素主要有加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度等。</p><p>　　45鋼既是中碳結(jié)構(gòu)鋼，又是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，冷熱加工

24、性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來(lái)源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用[2]。但其硬度不高，易切削加工，模具中常用來(lái)做模板、梢子、導(dǎo)柱等，但是機(jī)加工前必須預(yù)先經(jīng)過(guò)熱處理[3]。但其強(qiáng)度較高，塑性和韌性尚好，用于制作承受負(fù)荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小的大型正火零件，以及對(duì)心部強(qiáng)度要求不高的表面淬火零件，如曲軸、傳動(dòng)軸、齒輪、蝸桿、鍵、銷等[4]。水淬時(shí)有形成裂紋的傾向，形狀復(fù)雜的零件應(yīng)在熱

25、水或油中淬火；焊接性差[5]。45鋼在淬火后沒(méi)有回火前，硬度大于HRC55（最高可達(dá)HRC62）為合格。GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定45鋼抗拉強(qiáng)度為≥600Mpa,屈服強(qiáng)度為≥355MPa，伸長(zhǎng)率為≥16%，斷面收縮率為≥40%，沖擊功為≥39J。45鋼的化學(xué)成分及不同國(guó)家的45鋼鋼號(hào)如表1.1和表1.2所示。</p><p>　　表1.1 45鋼的化學(xué)成分</p><p>　　表1

26、.2 不同國(guó)家對(duì)45鋼鋼號(hào)的表示</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展</p><p>　　近年來(lái)，鋼制零件的表面熱處理,大多采用傳統(tǒng)的高頻或中頻感應(yīng)加熱淬火。之后一般還要進(jìn)行磨削加工,以獲得所要求的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量。多年來(lái)，國(guó)外熱處理技術(shù)發(fā)展很快，包括可控氣氛熱處理、真空熱處理、離子熱處理、新型化學(xué)熱處理、高能率熱處理以及電子計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用等，此外，節(jié)能、節(jié)

27、材的工藝和設(shè)備也在不斷地發(fā)展。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的熱處理技術(shù)也有了很大的發(fā)展，現(xiàn)有熱處理生產(chǎn)廠點(diǎn)一萬(wàn)余家，熱處理加熱設(shè)備十萬(wàn)多臺(tái)，年生產(chǎn)能力660多萬(wàn)噸鋼件，年產(chǎn)值約50億元[6]。</p><p>　　目前我國(guó)在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和某些熱處理新工藝研究方面，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距不大，但在熱處理設(shè)備和實(shí)際生產(chǎn)水平方面卻存在著較大的差距，還沒(méi)有完全扭轉(zhuǎn)熱處理工藝和熱處理設(shè)備落后、氧化脫碳嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、

28、能耗大、成本高、污染嚴(yán)重的局面。</p><p>　　1999年，尤顯卿教授綜合論述了如何正確制定45鋼熱處理工藝，防止淬火開(kāi)裂[7]。45鋼件在淬火處理時(shí)，易出現(xiàn)淬裂現(xiàn)象；2003年，夏立紅、耿長(zhǎng)栓通過(guò)研究表明：45鋼件在830℃～850℃×1.1 min／mm～l. 2 min／mm的加熱和保溫條件下，淬入清水或10％的鹽水中易出現(xiàn)裂紋；而采取加大工藝預(yù)留量(13 mm～14mm)、避開(kāi)危險(xiǎn)尺寸(4

29、 mm～12mm)、低溫(750℃～760℃)淬火、控制加熱溫度(780℃～790℃)以及保溫時(shí)間和回火時(shí)間等措施，可有效防止45鋼件淬火時(shí)出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象[1]。2004年，太鋼六軋廠的劉愛(ài)國(guó)、李杰工程師通過(guò)對(duì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼球化退火工藝的分析和研究，找出影響45鋼球化的主要因素，改進(jìn)了退火工藝，提高了45鋼球化合格率，滿足了用戶需求[8]。這年期間鄧楚平通過(guò)對(duì)45鋼、40Cr鋼調(diào)質(zhì)熱處理新工藝研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)新工藝處理后的工具綜合性能

30、與傳統(tǒng)工藝處理的大體相當(dāng)，但新工藝具有縮短保溫時(shí)間，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，并改善工具表面耐磨性和內(nèi)部組織性能等優(yōu)點(diǎn)[9]。2007年邊晉榮工程師就45鋼熱處理淬火裂紋控制[10]進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，對(duì)淬火裂紋產(chǎn)</p><p>　　為促進(jìn)我國(guó)熱處理技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)全面了解國(guó)內(nèi)外熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和水平，掌握其發(fā)展趨勢(shì)，大力發(fā)展先進(jìn)的熱處理新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高

31、效、節(jié)能、降耗、無(wú)污染、低成本、專業(yè)化生產(chǎn)”。加強(qiáng)熱處理的基礎(chǔ)理論研究，大力發(fā)展多參數(shù)熱處理和復(fù)合熱處理工藝，采用新的加熱源和新的加熱方式，采用新的淬火介質(zhì)和改進(jìn)淬火方法。</p><p>　　1.3 研究的內(nèi)容及方法</p><p>　　1、查閱相關(guān)文獻(xiàn)和復(fù)習(xí)《金屬學(xué)與熱處理》一書(shū)，掌握鋼的熱處理原理，為45鋼制定適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒?lt;/p><p>　　2、學(xué)習(xí)

32、《ANSYS10.0自學(xué)手冊(cè)》，了解ANSYS軟件，熟悉該軟件的基本操作，掌握ANSYS軟件計(jì)算熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的方法。</p><p>　　3、根據(jù)所制定的45鋼熱處理工藝，用ANSYS軟件模擬計(jì)算鋼件熱處理過(guò)程不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布及某些特定位置溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系。</p><p>　　4、對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及分析。</p><p>　　分析熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)分布

33、對(duì)45鋼組織和力學(xué)性能的影響。</p><p>　　2 數(shù)值模擬技術(shù)的概述</p><p>　　數(shù)值模擬（計(jì)算機(jī)模擬）是借助計(jì)算機(jī)來(lái)研究復(fù)雜現(xiàn)象的一種近似求解的數(shù)學(xué)方法，通俗的來(lái)說(shuō)就是用計(jì)算機(jī)來(lái)做實(shí)驗(yàn)。數(shù)值模擬技術(shù)可以對(duì)熱處理工藝實(shí)現(xiàn)安全評(píng)估、預(yù)測(cè)熱處理工藝是否滿足所要的微觀組織、晶粒大小的要求、有效反應(yīng)熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)及組織場(chǎng)的變化規(guī)律。目前，由于等各種學(xué)科不斷融合與發(fā)展，使數(shù)值模擬技

34、術(shù)在熱處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　有限元法作為目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值模擬方法，由于其特有的計(jì)算優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用，并因此產(chǎn)生了很多通用的有限元商業(yè)軟件。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)多物理場(chǎng)于一體的大型通用有限元分析軟件，主要包括3個(gè)部分：前處理模塊，求解模塊和后處理模塊。熱分析是AN SYS軟件分析功能中的一個(gè)模塊。ANSYS進(jìn)行熱分析的基本原理是先將所處理的對(duì)象劃分成有限個(gè)單元（

35、包含若干節(jié)點(diǎn)) ，然后根據(jù)能量守恒原理求解一定邊界條件和初始條件下每一節(jié)點(diǎn)處的熱平衡方程，由此計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)溫度，繼而進(jìn)一步求解出其他相關(guān)量[15]。ANSYS軟件的熱分析 功能主要包括穩(wěn)態(tài)熱分析、瞬態(tài)熱分析、熱輻射、相變、熱應(yīng)力等，以及與熱有關(guān)的藕合場(chǎng)分析閉。通過(guò)查閱書(shū)籍和參考文獻(xiàn)等資料得知45鋼的正火、淬火、回火過(guò)程均屬于熱分析中的瞬態(tài)熱分析。ANSYS主操作窗口和隱藏的信息輸出窗口如圖2.1和圖2.2所示。</p>&

36、lt;p>　　圖2.1 ANSYS主操作窗口</p><p>　　圖2.2 ANSYS隱藏的信息輸出窗口</p><p>　　2.1 ANSYS軟件的基本原理</p><p>　　ANSYS進(jìn)行熱分析計(jì)算基本原理是首先把模型劃分成有限元單元，然后根據(jù)能量守恒第一定律求解在一定初始條件和邊界條件下每個(gè)單元的熱平衡方程，計(jì)算出各單元的溫度值，求解溫度場(chǎng)分布或

37、其他相關(guān)量[10]。原則上來(lái)說(shuō)單元?jiǎng)澐值脑郊?xì)小，模擬出來(lái)的結(jié)果就越精確，但是單元?jiǎng)澐值奶?xì)會(huì)增加計(jì)算量，影響運(yùn)算速度。一般在溫度變化劇烈的局部網(wǎng)格劃分的密一些，其他部位可以劃分的簡(jiǎn)單一點(diǎn)。這樣不但提高了模擬精度也提高了運(yùn)算速度[11]。</p><p>　　ANSYS有限元軟件在溫度場(chǎng)的模擬過(guò)程中,很好地結(jié)合了材料變溫過(guò)程中材料熱物性參數(shù)的變化, 特別適用于鋼件淬火過(guò)程溫度場(chǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算。通過(guò)利用ANSYS有限元分

38、析軟件對(duì)幾何外形復(fù)雜的45鋼零件淬火過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元模擬,得到了零件溫度隨淬火時(shí)間的分布關(guān)系[7]。模擬結(jié)果與實(shí)際過(guò)程一致,且運(yùn)算速度較快,適用于淬火液的選取及淬火工藝的優(yōu)化,并為精確計(jì)算淬火過(guò)程中的熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力做好了準(zhǔn)備工作[4]。ANSYS軟件熱分析基礎(chǔ)符號(hào)和國(guó)際單位如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 熱分析基礎(chǔ)單位</p><p>　　2.2 熱處理溫度場(chǎng)數(shù)值模

39、擬的基本理論</p><p>　　溫度是涉及所有熱處理過(guò)程的基本參數(shù)，它的分布影響零件的應(yīng)力場(chǎng)和組織場(chǎng)，它是影響熱處理數(shù)值模擬計(jì)算準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，因此溫度場(chǎng)的模擬是熱處理過(guò)程數(shù)值模擬的最主要的內(nèi)容。為了保證溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，在溫度場(chǎng)計(jì)算模型中必須考慮初始條件、邊界條件、材料熱物性參數(shù)非線性等因素對(duì)溫度場(chǎng)模擬的影響。</p><p>　　溫度場(chǎng)是在不同時(shí)刻物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度分布的總稱。溫度

40、場(chǎng)分為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)與非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間的變化而改變。非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化而改變，它是坐標(biāo)與時(shí)間的函數(shù)。</p><p>　　本論文對(duì)熱處理過(guò)程溫度場(chǎng)的傳熱理論及模型進(jìn)行了研究。在熱處理加熱或冷卻過(guò)程中，工件內(nèi)部的熱量是以熱傳導(dǎo)方式傳遞的，工件表面主要是通過(guò)介質(zhì)與鋼件表面的熱對(duì)流傳遞熱量。雖然不同的學(xué)者建立的數(shù)學(xué)模型和處理方法不一樣，但其數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)是一致的?？紤]到工件為圓柱體

41、，為了方便簡(jiǎn)化，采用圓柱體的半個(gè)截面來(lái)進(jìn)行研究。本論文采用的軸對(duì)稱傳熱溫度場(chǎng)控制微分方程為</p><p><b>　　式中，為密度</b></p><p><b>　　為比熱容</b></p><p><b>　　為導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　為相

42、變潛熱</b></p><p><b>　　為傳熱時(shí)間</b></p><p>　　這些參數(shù)中、都隨溫度變化而變化。</p><p>　　3 有限元模擬過(guò)程</p><p>　　3.1 45鋼的熱處理工藝</p><p>　　45鋼的普通熱處理工藝可分為正火、退火、淬火和回火四種。

43、</p><p>　　正火是將鋼件加熱至臨界溫度以上30℃-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的主要目的是細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平橫狀態(tài)的組織。</p><p>　　退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)以上或以下溫度，保溫后隨爐緩慢冷卻以獲得接近于平衡狀態(tài)的組織。其主要用途是均勻鋼的化學(xué)成分及組織，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，并為淬火做好準(zhǔn)備。</p>&

44、lt;p>　　淬火是將鋼加熱至Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過(guò)共析鋼)以上30℃-50℃，保溫后放入不同的冷卻介質(zhì)中（冷卻速度大于臨界冷卻速度），以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。其目的是使工件獲得盡可能多的馬氏體，提高硬度和耐磨性。</p><p>　　回火是將淬火鋼在一定下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s至室溫的工藝過(guò)程。其主要目的是改善鋼的塑韌性，減小或消除淬火應(yīng)力。</p>

45、;<p>　　現(xiàn)將45鋼的熱處理工藝制定為正火溫度為840℃，先從室溫加熱到設(shè)定溫度保溫2小時(shí)后，再出爐空冷至室溫；淬火溫度為840℃，先從室溫加熱到設(shè)定溫度保溫1小時(shí)后，再水冷淬火至室溫；回火溫度為600℃，先從室溫加熱到設(shè)定溫度保溫2小時(shí)，再出爐空冷至室溫；45鋼的熱處理工藝曲線如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 熱處理工藝曲線 </p&g

46、t;<p>　　3.2 有限元建模</p><p>　　3.2.1 熱物性參數(shù)的選擇 </p><p>　　熱物性參數(shù)主要是指導(dǎo)熱系數(shù) 、密度 和定壓比熱。一般來(lái)說(shuō)熱處理數(shù)值模擬用到的熱物性參數(shù)不是常數(shù)，它們隨組織、溫度變化而變化的。在熱處理中各節(jié)點(diǎn)一般不是單一的組織，這種情況下就需要根據(jù)不同溫度、不同組織的含量計(jì)算此節(jié)點(diǎn)某一時(shí)刻的熱物性參數(shù)。但對(duì)于常見(jiàn)的材料，我們可以

47、查閱有關(guān)專著手冊(cè)獲得。本文通過(guò)查閱相關(guān)論文和《實(shí)用熱物理性質(zhì)手冊(cè)》獲得。45鋼的比熱容熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系如表3.1所示，45鋼的換熱系數(shù)與溫度關(guān)系如圖3.2所示。</p><p>　　表3.1 45鋼的比熱容熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系</p><p>　　表3.2 45鋼的換熱系數(shù)與溫度關(guān)系</p><p>　　3.2.2 網(wǎng)格劃分 </p><p&g

48、t;　　在對(duì)零件加熱或冷卻過(guò)程中，雖然初始溫度均勻，但加熱或冷卻開(kāi)始后，零件內(nèi)部溫度分布差異比較大，除此外熱傳導(dǎo)系數(shù)、換熱系數(shù)、密度等熱物性參數(shù)隨時(shí)間的變化而改變，因而在模擬過(guò)程中形成數(shù)據(jù)震蕩。對(duì)于瞬態(tài)問(wèn)題的溫度場(chǎng)，我們一般采用局部網(wǎng)格加密化法來(lái)解決這一問(wèn)題。局部網(wǎng)格細(xì)化，是針對(duì)零件內(nèi)部溫度分布差異大的情況．對(duì)于加熱火或冷卻過(guò)程，零件邊界在極短時(shí)間內(nèi)溫度急劇變化，材料的熱物性參數(shù)變化大，對(duì)于這些區(qū)域?yàn)榱吮ＷC計(jì)算結(jié)果的正確性及避免產(chǎn)生數(shù)值

49、振蕩，應(yīng)該對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化．劃分網(wǎng)格的方式有很多種，本次模擬以盡可能的獲得小正方形的標(biāo)準(zhǔn)劃分網(wǎng)格。具體劃分是豎直方向劃分60等份，水平方向劃分30等份。</p><p>　　3.3 ANSYS模擬過(guò)程</p><p>　　模擬對(duì)象為圓柱體零件，正火是將其由室溫25℃加熱到840℃，保溫一段時(shí)間后空冷至室溫；淬火是將其由室溫25℃加熱到840℃，保溫一段時(shí)間后水淬至室溫；回火是將

50、其由室溫25℃加熱到600℃，保溫一段時(shí)間后空冷至室溫；用ANSYS軟件模擬不同時(shí)間圓柱體內(nèi)溫度場(chǎng)分布以及在不同的關(guān)鍵點(diǎn)處溫度隨時(shí)間的變化。</p><p><b>　　3.3.1 建模</b></p><p>　　設(shè)圓柱體底面半徑R=30mm，高h(yuǎn)=60mm。由于該45鋼熱處理試樣為圓柱體，為軸對(duì)稱模型，故我們可以取該圓柱的一旋轉(zhuǎn)面，使模擬過(guò)程得以簡(jiǎn)化，建立一個(gè)二

51、維模型如圖3.2所示。在建模過(guò)程中， 以m為單位。</p><p>　　3.3.2 定義材料熱物性參數(shù)</p><p>　　淬火45鋼的密度與溫度變化關(guān)系不是很大，按常數(shù)處理，對(duì)最后結(jié)果影響不大。而對(duì)比熱容、熱導(dǎo)率、換熱系數(shù)等這些溫度影響較大的熱物性參數(shù)，由于這些參數(shù)是溫度和相變組織成分的函數(shù)，正火、淬火、回火過(guò)程溫度跨度比較大， 組織變化程度大, 因而將各熱物性參數(shù)看作恒量顯然是不合理

52、的。因此比熱容、熱導(dǎo)率必需看成是溫度的函數(shù)[2]。由手冊(cè)[3]查得45號(hào)鋼的比熱容、熱導(dǎo)率與溫度變化關(guān)系如表3.1所示，45鋼的換熱系數(shù)與溫度的關(guān)系如表3.2所示。</p><p>　　3.4 加載求解階段</p><p>　　正火：設(shè)定有限元分析類型為瞬態(tài)傳熱，正火加熱過(guò)程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)500，并設(shè)置初始溫度為25℃，最終加熱溫度為840℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1800s；正火冷卻過(guò)

53、程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)1000，并設(shè)置初始溫度為840℃，最終加熱溫度為25℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1800s。</p><p>　　淬火：設(shè)定有限元分析類型為瞬態(tài)傳熱，淬火加熱過(guò)程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)500，并設(shè)置初始溫度為25℃，最終加熱溫度為840℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1800s；淬火冷卻過(guò)程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)1000，并設(shè)置初始溫度為840℃，最終加熱溫度為25℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1800s。</p&g

54、t;<p>　　回火：設(shè)定有限元分析類型為瞬態(tài)傳熱，回火加熱過(guò)程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)4200，并設(shè)置初始溫度為25℃，最終加熱溫度為600℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1500s；回火冷卻過(guò)程對(duì)流邊界的對(duì)流系數(shù)500，并設(shè)置初始溫度為600℃，最終加熱溫度為25℃，同時(shí)設(shè)置最終時(shí)間為1500s。</p><p>　　3.5 結(jié)果及分析</p><p>　　3.5.1 正火過(guò)程<

55、;/p><p>　　由設(shè)定的求解條件可以得到正火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的加熱溫度場(chǎng)分布, 45鋼圓柱體零件旋轉(zhuǎn)面的加熱過(guò)程中不同時(shí)刻溫度場(chǎng)分布如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 正火加熱過(guò)程不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布（單位：℃）</p><p>　　a.30s b.60s c.300s d.600s e.1200s f.1800s</p&g

56、t;<p>　　由圖3.3(a)可以看出，在30s時(shí)工件表面溫度迅速上升到378.5℃，中心溫度為164.7℃。從圖3.3(d)可以看出在600s時(shí)，工件中心溫度有了明顯的上升，達(dá)到了821.7℃。從這些圖中可以看出，在加熱過(guò)程中，工件溫度不斷上升且在任意時(shí)刻中心溫度一直低于表面溫度，這完全符合由表面向中心加熱的生產(chǎn)實(shí)際。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從25℃

57、加熱至840℃至少需要30分鐘，一個(gè)小時(shí)就可以使溫度達(dá)標(biāo)。</p><p>　　2.由設(shè)定的求解條件可以得到正火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的冷卻溫度場(chǎng)分布, 45鋼圓柱體零件旋轉(zhuǎn)面不同時(shí)刻的冷卻溫度場(chǎng)分布如圖3.4所示。</p><p>　　由圖3.7可以看出，在35s時(shí)工件表面迅速下降至332.8℃，中心溫度變化較小。從圖3.9可以看出在305s時(shí)，工件中心溫度明顯的下降，達(dá)到了29.

58、4℃。從這些圖中可以看出，在冷卻過(guò)程中，工件溫度不斷降低且在任意時(shí)刻中心溫度一直高于表面溫度，這與實(shí)際生產(chǎn)相符合。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從840℃空冷至25℃至少需要25分鐘才可以使溫度達(dá)標(biāo)。</p><p>　　圖3.4 正火冷卻過(guò)程不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布（單位：℃）</p><p>　　a.35s b.65s

59、c.305s d.605s e.1205s</p><p>　　3.5.2 淬火過(guò)程</p><p>　　由設(shè)定的求解條件可以得到淬火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的加熱溫度場(chǎng)分布, 圓柱體零件不同時(shí)刻的加熱溫度場(chǎng)分布如圖3.5所示。</p><p>　　由圖3.5（a）可以看出，在60s時(shí)工件表面溫度迅速上升到507.3℃，心部的溫度變化相對(duì)較小。從圖3.5

60、(c)可以看出在600s時(shí)，工件心部溫度有了明顯的上升，達(dá)到了821.7℃。從這些圖中可以看出，在加熱過(guò)程中，工件溫度不斷上升且在任意時(shí)刻中心溫度一直不高于表面溫度，這與實(shí)際生產(chǎn)相吻合。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從25℃加熱至840℃至少需要40分鐘。</p><p>　　圖 3.5 淬火加熱過(guò)程不同時(shí)刻的溫度分布（單位：℃）</p>

61、;<p>　　a.30s b.60s c.300s d.600s e.1200s f.1800s</p><p>　　由設(shè)定的求解條件可以得到淬火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的冷卻溫度場(chǎng)分布, 圓柱體零件不同時(shí)刻的冷卻溫度場(chǎng)分布如圖3.6所示。</p><p>　　由圖3.6（a）可以看出，在35s時(shí)工件表面迅速下降至332.8℃，心部仍保持高溫。隨著淬火時(shí)間的延長(zhǎng)

62、，鋼件溫度迅速下降。僅用5分鐘左右，鋼件表面就從840℃高溫降低到 了27.3℃左右，心部降低到29.4℃左右。在任一時(shí)刻，零件心部溫度在整個(gè)鋼件中都是最高的，這完全符合生產(chǎn)實(shí)際。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從840℃水冷至25℃時(shí)只需15分鐘，表明水冷的效果非常明顯。得到的鋼件表面淬透性最大，鋼件耐磨損，機(jī)械性能表面硬度較高，心部硬度較低，沖擊韌性較好。但是，冷卻速度不

63、均勻會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。</p><p>　　圖3.6 淬火冷卻過(guò)程不同時(shí)刻的溫度分布圖</p><p>　　a.35s b.65s c.305s d.605s e.1205s</p><p>　　3.5.3 回火過(guò)程</p><p>　　由設(shè)定的求解條件可以得到回火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的溫度場(chǎng)分布, 圓柱體零件不同時(shí)刻的加熱

64、溫度場(chǎng)分布如圖3.7所示。</p><p>　　由圖3.7（a）可以看出，在30s時(shí)工件表面溫度升高到273.6℃，中心溫度為127.7℃。從圖3.7(c)可以看出在300s時(shí)，工件心部溫度有了明顯的上升，達(dá)到了595。2℃，并且中心與表面的溫度差很小。從這些圖中可以看出，在加熱過(guò)程中，工件溫度不斷上升且在任意時(shí)刻中心溫度一直低于表面溫度，這完全符合由表面到中心的加熱生產(chǎn)實(shí)際。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也

65、在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從25℃加熱至600℃僅僅需要30分鐘。</p><p>　　圖3.7 回火加熱過(guò)程不同時(shí)刻的溫度分布（單位：℃）</p><p>　　a.30s b.60s c.300s d.600s e.1200s f.1800s</p><p>　　由設(shè)定的求解條件可以得到回火過(guò)程 1800s內(nèi)零件各部分的

66、溫度場(chǎng)分布, 圓柱體零件不同時(shí)刻的冷卻溫度場(chǎng)分布如圖3.8所示。</p><p>　　圖 3.8（a-f）分別為45鋼在回火冷卻過(guò)程中30s、60s、300s、600s、1200s、1500s時(shí)的溫度分布云圖。從這些圖中可以看出，溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬可以直觀形象的表現(xiàn)出45鋼在回火冷卻過(guò)程中，任意時(shí)間任意位置工件內(nèi)部的溫度隨時(shí)間的變化情況。由圖3.8(a)可知，在60s時(shí)工件表面迅速下降至278.6℃，中心溫度變化

67、也較大。從圖3.8(c)可以看出在600s時(shí)，工件整體溫度明顯下降，幾乎全部達(dá)到25℃。從這些圖中可以看出，在冷卻過(guò)程中，工件溫度不斷降低且在任意時(shí)刻中心溫度一直高于表面溫度，這完全符合實(shí)際生產(chǎn)。另外，隨著時(shí)間的推移，二者的溫度差也在逐漸縮小。對(duì)于半徑0,.03m，高0.06m的45鋼工件從600℃空冷至25℃時(shí)只需25分鐘，表明空冷的效果非常明顯。</p><p>　　圖3.8 回火冷卻過(guò)程不同時(shí)刻的溫度分布

68、（單位：℃）</p><p>　　a.30s b.60s c.300s d.600s e.1200s f.1500s</p><p>　　3.5.4 對(duì)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線圖分析</p><p>　?。?）正火：分別對(duì)圖3.2所示A、B、C、D4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究, 考察其加熱、冷卻溫度隨時(shí)間變化情況，具體變化趨勢(shì)如圖3.9，3.10所示。</p

69、><p>　　圖3.9 加熱溫度與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　圖3.10 冷卻溫度與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　由圖3.9可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件</p><p>　　的邊緣，其升溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者升溫速度相差不大；因A點(diǎn)位于工件中心，其升溫速度最慢；并

70、且其它所有位置的升溫速率都介于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間。如果想得到其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)800s時(shí)，加熱過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所有點(diǎn)的升溫速率都隨時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　　由圖3.10可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件的邊緣，其降溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者降溫速度相差不大；A點(diǎn)位于工件中心，

71、其降溫速度最慢；并且其它所有位置的降溫速率都介于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間。如果想得到其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)450s時(shí)，冷卻過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所有點(diǎn)的降溫速率都隨時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　?。?）淬火：分別對(duì)圖3.2所示A、B、C、D4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究, 考察其加熱、冷卻溫度隨時(shí)間變化情況，具體變化趨勢(shì)如圖3.11、3.12所示。</p>

72、<p>　　圖3.11 加熱溫度與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　圖3.12 冷卻溫度與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　由圖3.11可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件的邊緣，其升溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者升溫速度相差不大；A點(diǎn)位于工件中心，其升溫速度最慢；并且其它所有位置的升溫速率都介于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間。如果想得到

73、其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)800s時(shí)，加熱過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所有點(diǎn)的升溫速率都隨時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　　由圖3.12可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件的邊緣，其降溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者降溫速度相差不大；A點(diǎn)位于工件中心，其升溫速度最慢；并且其它所有位置的降溫速率都介于A點(diǎn)和C

74、點(diǎn)之間。如果想得到其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)480s時(shí)，冷卻過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所有點(diǎn)的降溫速率都隨時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　?。?）回火：分別對(duì)圖2.1所示A、B、C、D4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究, 考察其加熱、冷卻溫度隨時(shí)間變化情況，具體變化趨勢(shì)如圖3.13、3.14所示。</p><p>　　圖3.13 加熱溫度與時(shí)間變化的

75、關(guān)系</p><p>　　由圖3.13可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件的邊緣，其升溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者升溫速度相差不大；A點(diǎn)位于工件中心，其升溫速度最慢；并且其它所有位置的升溫速率都介于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間。如果想得到其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)720s時(shí)，加熱過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所有點(diǎn)的升溫速率都隨

76、時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　　由圖3.14可知各點(diǎn)溫度都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，只是速率不同。其中C點(diǎn)是工件的邊緣，其降溫速度最快；B點(diǎn)位于工件中心線的最頂端，A點(diǎn)是圓柱的中心，二者降溫速度相差不大；A點(diǎn)位于工件中心，其升溫速度最慢；并且其它所有位置的降溫速率都介于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間。如果想得到其他節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，只需在模型中選取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。當(dāng)時(shí)間到達(dá)750s時(shí)，冷卻過(guò)程基本完成。綜上可得：工件上所

77、有點(diǎn)的降溫速率都隨時(shí)間的增加而逐漸減小。</p><p>　　圖3.14 冷卻溫度與時(shí)間的關(guān)系</p><p>　　借助ANSYS有限元熱分析軟件對(duì)45鋼的熱處理工藝進(jìn)行模擬計(jì)算，體現(xiàn)了ANSYS 軟件在處理比較復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題的簡(jiǎn)便性，它可以大大地減少工作量和計(jì)算中的誤差,并節(jié)約了開(kāi)支。但是要想達(dá)到更精準(zhǔn)的模擬結(jié)果，我們就得在前處理的過(guò)程中，搜集到更準(zhǔn)確的邊界條件和載荷，并且把網(wǎng)格劃

78、分得更加的精密。</p><p>　　利用ANSYS軟件對(duì)45鋼熱處理過(guò)程進(jìn)行分析大大減少了工作量，節(jié)約了人力、物力、財(cái)力，使得出的結(jié)果更加直觀形象，有便于對(duì)45鋼的熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。熱處理工藝對(duì)鋼鐵材料微觀組織和化學(xué)性能有很大影響，因此合理選擇熱處理工藝參數(shù)對(duì)材料性能的提高至關(guān)重要。通過(guò)求解45鋼圓柱體零件淬火過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布,給出了一種不需要由實(shí)驗(yàn)測(cè)量的平面及軸對(duì)稱零件淬火冷卻時(shí)溫度分布的確定方法。利用軟

79、件的熱分析模塊對(duì)某鋼件正火、淬火、回火過(guò)程進(jìn)行建模、劃分網(wǎng)格、加載及求解，得到了鋼件正火、淬火、回火過(guò)程不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)以及鋼件上所選特殊點(diǎn)的溫度分布。模擬過(guò)程對(duì)于淬火液的選取及淬火工藝的優(yōu)化提供了參考依據(jù) ，對(duì)淬火過(guò)程中的熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力計(jì)算提供了溫度邊界條件，使得對(duì)熱處理工藝的制定更加完善。同時(shí)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們接受新生事物的能力不斷加強(qiáng)，提高自身素質(zhì)掌握一種或幾種學(xué)習(xí)技能同等重要。</p><p

80、><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　1、加熱過(guò)程中，工件側(cè)面溫度永遠(yuǎn)大于中心溫度，并且側(cè)面的升溫速度最快，中心處升溫速度最慢，其余位置的速度介于二者之間；開(kāi)始工件整體升溫速度較快，隨著時(shí)間的增加，工件整體升溫速度逐漸下降。</p><p>　　2、冷卻過(guò)程中，工件側(cè)面溫度永遠(yuǎn)小于中心溫度，并且側(cè)面的降溫速度最快，中心處降溫速度最慢，其余位置的速

81、度介于二者之間；開(kāi)始工件整體降溫速度較快，隨著時(shí)間的增加，工件整體降溫速度逐漸下降。</p><p>　　3、熱處理過(guò)程中，工件中心和側(cè)面的溫度差隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減少。</p><p>　　4、工件半徑與加熱（冷卻）速度存在一定關(guān)系，半徑越大加熱（冷卻）速度越小。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

82、p>　　[1] 夏立紅，耿長(zhǎng)栓.防止45鋼件淬火裂紋的工藝性研究[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自</p><p>　　然科學(xué)版），2003（01）：25-30.　　　　　　　　　　　　　　　　 </p><p>　　[2] 趙琳.45鋼熱處理工藝及其組織性能[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012（05）：203-207.</p>&

83、lt;p>　　[3] 崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理[M]．北京機(jī)械工業(yè)出版社，2007：230-308．</p><p>　　[4] 賴宏，劉天模.45鋼零件淬火過(guò)程溫度場(chǎng)的ANSYS模擬[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，</p><p>　　26（03）：82-84．</p><p>　　[5] 溫詩(shī)鑄．摩擦學(xué)原理[M]．清華大學(xué)出版社，1991：193-2

84、32．</p><p>　　[6] 汪一麟，等．實(shí)用摩擦學(xué)[J]．上?？萍汲霭嫔?，1983（17）：182-243．</p><p>　　[7] 尤顯卿．45鋼熱處理工藝的正確制定與選擇[J]. 五金科技，1999，（04）：31-32．</p><p>　　[8] 劉愛(ài)國(guó)．關(guān)于45鋼熱處理工藝的研究和改進(jìn)[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2004，（05）：</p

85、><p><b>　　77-78．</b></p><p>　　[9] 鄧楚平. 45鋼、40Cr鋼調(diào)質(zhì)熱處理新工藝研究[J]．湖南有色金屬，2004（06）：</p><p><b>　　25－27．</b></p><p>　　[10] 邊晉榮．45鋼熱處理淬火裂紋控制[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，20

86、07，8（04）：105-106．</p><p>　　[11] 徐祖耀．鋼熱處理的新工藝[J]. 熱處理，2007，22（01）：1-4．</p><p>　　[12] 劉孜文．45鋼普通熱處理組織與性能研究[J].商品與質(zhì)量，2013，（02）：85．</p><p>　　[13] 裴廣州．45鋼亞溫淬火工藝對(duì)組織性能影響的研究[J].能源與節(jié)能，2014，（0

87、5）：</p><p><b>　　164-166．</b></p><p>　　[14] 馬慶芳.實(shí)用熱物理性質(zhì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999；658-660. </p><p>　　[15] 張建峰，王翠玲，吳玉萍，等. ANSYS有限元分析軟件在熱分析中的應(yīng)用[J].冶</p><p>　　金能源，2004，

88、23（05）：9-10.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次課題研究是在導(dǎo)師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。</p><p>　　經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在此，我要感謝每一個(gè)幫助過(guò)我的人。 </p><p>　　首先,我要感謝的是我的指導(dǎo)老師婁菊紅，婁老師平日里工作

89、繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有老師的悉心指導(dǎo)和幫助，我是不可能順利完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的。另外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次我要感謝的是太原工業(yè)學(xué)院以及太原工業(yè)學(xué)院的每一位老師和大學(xué)以來(lái)認(rèn)識(shí)的每一位同學(xué)，謝謝太原工業(yè)學(xué)院給我提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，謝謝你們給予我的幫助和支持。最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位