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文档简介

1、计算机模拟在热处理中的应用潘健生 顾剑锋.热处理计算机模拟的应用实例3.1 阶梯轴加热的计算机模拟与工艺优化某厂380阶梯轴，淬火加热用36m台车式煤气炉进行淬火加热，原工艺的总加热时间超过20小时。用数值模拟方法进行计算机辅助工程分析(CAE)，以求优化加热规范，缩短加热时间，首先，需要对所采用的数学模型和计算机模拟软件进行实验验证。3.1.1三维温度场计算机模拟的实验验证 实验分别在盐浴炉、箱式炉和36m2台式煤气炉中进行，试样材料为45和40Cr钢，尺寸为404090mm长方体和3801750mm阶梯轴。从试样表面钻孔至待测点位置，用电容放电法将热电偶焊于孔底或将铠装热电偶顶端嵌入小铜套

2、中与孔底紧配。先后在四种不同加热炉中进行过20炉次测定，工件形状有长方体、轴、阶梯轴和圆筒。升温曲线的计算值与实测值均吻合良好（见图11-3和图11-4）。故可认为所采用的数值模拟方法及相变潜热的处理方法是正确的，相应的软件已具有实用价值。图11-3 长方体工件在盐浴炉及箱式炉中加热升温曲线计算值与实测值比较（45钢，加热温度850）3.1.2优化加热工艺的CAE技术在三维瞬态温度场计算的基础上实现了优化加热工艺的计算机辅助设计。例如40Cr钢3801750阶梯轴，在36m2煤气炉中加热，原工艺采用550进炉 ，650均温2h。然后以25/h升温至850，待工件表面到温后，均温3.5h。总加热

3、时间超过20h。这种工件虽然对称，但实际生产条件下各处受热不均，处于不对称的加热状态，所以需采用三维温度场软件计算。计算结果表明：取消650中间保温，工件最大温差仍然不太大，不会发生加热开裂等不良后果，总加热时间可缩短到17h。计算结果由实验证实（图11-5）。并预示有可能进一步提高加热速度。于是设计了六种工艺方案（图11-6），进行温度场的模拟计算，并对其中之一进行试验验证（图11-7）。六种工艺的效果如表1所示，其中工艺6加热时间最短（图11-8a）表面和心部温差的峰值约为60-70，角点与心部温差也只有120-130（图11-8b），仍比允许值小得多，因而是可行的。图11-4 3801750阶梯轴在36m2煤气炉中 图11-5 3801750阶梯轴取消650中间保温的加热心部升温曲线与实测结果比较（40Cr钢） 计算结果与实测结果图11-6 六种工艺方案图11-7 工艺1计算机计算结果与实验结果表11-1 六种不同工艺的效果工艺原工艺取消650中间保温工艺1工艺2工艺3工艺4工艺5工艺6心部到温时间（h）221712.2511.7511.6711.2511.2511.00工艺缩短效果（h）-59.7510.2510.3310

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