(完整word版)Deform-3d热处理模拟操作全解

1、Deform-3d热处理模拟操作热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象oDeform-3d软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很复杂

2、，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x)=0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x)=0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。但由于目前Deform-3d软件的材料库只带有45钢、15NiCrl3和GCrl5等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更多分析需要进行二次开发。本例以45钢热处

3、理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。1、问题设置点击“文档(File)或“新问题(Newproblem)，创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向(heattreatmentwizard)，见图1。图1设置新问题2、初始化设置完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制(English)修改成公制(SI)，同时选中“形变(Deformation)、“扩散(Diffusion)和“相变(Phasetransformation),见图2。HtTre-irtmeritVizard岸Gmiti口

4、口ajtialiEEticcir5konpPLtltTLBEforaiTlon图2初始化设置3、输入几何体在工件几何体输入对话框内，选择从数据库或关键文件夹(Importfromageometry,.KeyorDBfile)中输入，见图3。输入的文件必须是STL格式的，见图4。图3输入几何体ttjriTil-陽rAnr冲r松F4Wfi*dbA4Adnputfih.阿碉LJTpdfefl-OD-Uwh|MCJJwfrrpti.JFe-nwMddwyf*oJnrilJv4Jwulp#扌BSpDurschJli3fpfrWflriqpC0!xJfion-fll3J亍屉3*Ma2ijtnwcjMdhU

5、QkHmata|-_Lf-1疗甲J图4选择几何体文件4、网格划分工件输入后，可以进行网格划分。这里取网格数8000；表面网格结构(Strueturedsurfacemesh)中，层的数量取1;层厚度(Layerthickness)为0.005；厚度模式(Thicknessmode)取与外形尺寸成比例(Ratiotooveralldimension)，见图5。*其实层厚度是默认好的，点击图标，就会显示默认的数据，然后点击“0K”,完成设置，见图6。网格生成后的工件三维图形见图7。图6层厚度设置图7网格生成后的工件三维图形5、材料设置1）选择从数据库或关键文件夹（Importfrom.DBor.K

6、EYfiles）中输入，见图8。由于数据库和关键文件夹尚未建立，因此在选择从数据库或关键文件夹选项后，不要直接点下一步，而是点击高级（Advanced），这时会弹出材料设置对话框，见图9。图8材料输入图9材料设置2)在材料设置对话框中点击从材料库中加载(Loadfromlib.)。并在弹出的对话框中选择“Steel，“AISI-1045_HeatTreatment”，类似国产45钢,并加载，见图10。加载后，材料列表中会显示材料型号以及相变名称，这里显示的是45号钢以及奥氏体、珠光体和马氏体,见图11。mtFc-mini：brtidMt门注常*Stjisnlt-i-K_iCat；Et*lSuM

7、?rt：a?itMixaaS：-iiM5kchicdnAI3i-lM5irCtDjTG-FCKKlIMS二住！MFMA：:碍丿：冋2dfFxtkarLeheJIS-Si3C_2rtjriKlsIQlD：i：X4S_Miit：r-wtMEl图10选择钢号图11加载后的材料列表3）输出材料保存到关键文件夹。点击输出（Export）,在关键文件夹中选择材料并保存，见图12。-*E-哪冲旺肚吨严讨T图12保存到关键文件夹4）打开保存到关键文档中的材料并加载,完成材料的设置,见图13。图13完成材料设置(tobecontinued)6、工件初始化设置在工件初始化对话框中，将温度(Temperature)

8、、原子(Atom)、相体积分数(Phasevolumefraction)均选择为均匀(Uniform)。并将温度设置为“20；原子为“0.44；将马氏体(Martensite)的体积分数设置为“1，见图14。*原子百分比设置这里指含碳量。可以从材料性能表中的描述(Description)一栏中查到，见图10。HrjitTFcatfnsn!耳切einLt图14初始化设置7、介质的详细设置介质设置的界面见图15，这里的介质主要有加热炉和水。dimimt|aisiff5：miztJKDtLtttAllJCuratkTeaCtAEfKt*qI.EOGfA_i.r.TEE-fjjFIt：.7.EJOGK

9、iitinTKO0$Drfin3自COVLtar0$M伽弓忡DtLt!i-e图22工艺程序设置9、模拟控制设置模拟控制对话框见图23。按默认好的步数定义为“自动”，每步温度变化为“5”，每步时间最大最小为“0.001”和“10”，步数增量为“10”。附加边界条件中由于没有考虑对称设置，因此栏目保存空白，见图23。在固定节点边界条件设置中，选择点击“自动设置（Auto）”，这时会出现固定节点边界条件已添加的回答，点击“0K”、完成固定节点边界条件设置，见图24。然后再点击“Finish”，出现图25的回答，大意是数据库、关键文件等已成功创建，请退出并回到主窗口进行模拟运行。U-V-*Ir-r-P

10、SLullCiiCF：站昭5EtAUtGiJliiaitLan:bcundjzrEorulFdMrMai45inriamtVenar*问對HeaSTrMteinentWizar*!日轡JLU&IMT19-W1rtmf1?S0關卧p图23模拟控制图24固定节点边界条件已经添加提示图25创建数据库文件已经成功提示（tobecontinued）10、模拟和后处理在主窗口课题目录（Directory）中，选择需要模拟的文件，然后在模拟器（Simulator）栏目中，点击运行（Run）,开始模拟。模拟进行状况可以从信息（Message）窗口观察到。aZIH-Pl*曲右叶“口申鮭辛L2r-r-涉-J|=j

11、_a.间14wlia-.j氓j片戏9_faTKLtJitamrtiIWIN*431*hM-HFiflFayFtm:trFSMMtfaasm4lBMWrwt*亡阻rzirrWTTHumigKacuTcw?=raBac3讣*.awimD4nKH：KB?JflILMW!u.rsLthr.2*-*nn4W4I耳1Hq+taMi柜T-hJl|B-hli|*4lIMMiMf-LU*inriuw!P屮HUT*卑EUa图26模拟运行模拟达到指定的步数或时间后模拟停止，这时点击退出图标，退出模拟。再次打开主窗口，在目录栏中选中课题，然后在后处理器中点击“Deform-3dPost”进入后处理窗口。热处理模拟的后

12、处理窗口应包括以下内容：（1）图形显示窗口（2）步数选择和动画播放器（3）图形状态选择按钮（4）图形位置控制按钮（5）状态变量选择与分析按钮热处理模拟的后处理分析：1、加热和冷却过程动画播放为了播放加热和冷却过程的动画，应先在状态变量选择菜单内，选择温度（Temperature）,然后再点击播放器，在显示窗口观察加热和冷却的变化过程。见图27。图27加热和冷却过程模拟2、加热和冷却温度分布均匀度分析1）剖切零件为了分析温度分布均匀度，需要将工件剖切。可以应用剖切（Slicing）分析工具，将对话框中的模式选为“IPoint+Normal”，在输入栏内，将P行的X坐标值修改成“1”，点击“0K”

13、完成零件的剖切。*如果要尽可能在圆柱体的中心位置进行剖切，就需要进行中心点的坐标。默认的P点Y、Z轴的坐标为“0”，因此只要计算X轴的坐标点就可以了，一种方法采用拉动图标下方的滑标，大致放在中间位置即可。要精确定位，需要通过计算，可以根据滑尺两端的数字相加后除2。本例计算如下：(-35.934+16.054)/2=-9.94，见图28、图29。图28剖切设置图29剖切后的零件定点跟踪设置点击“定点跟踪分析(Pointtracking)按钮，弹出的对话框见图30。Chtflnpointe严PointTfjd&ng图30定点跟踪设置对话框沿工件剖面的对角线选择几个点，如图31的Pl、P2、P3。图

14、31选择跟踪点这时，在定点跟踪设置对话框内自动会出现点的坐标位置，见图32。点击“Next”和“Finish”完成跟踪设置。ZackfcrtATPoirrtIrckiirgCuicnl图32定点跟踪设置3）温度均匀度分析在状态变量菜单中选择温度，在窗口即会显示温度的定点跟踪曲线，见图33。PointFrackina图33温度的定点跟踪曲线从曲线中可以分析，三个点的温度基本是一致的，这是由于工件尺寸较小，加热保温时间充足造成的。图34显示的是较大尺寸工件的定点跟踪曲线，三个点的温度明显产生差别。图35为较大工件的温度均匀度定点跟踪曲线，图36显示的是较大尺寸工件冷却时，剖面上温度均匀度分布状况。

15、Tencrature(C)PointTrackingQDooOS2(T6J图34温度分布的定点跟踪图35温度均匀度分析3、残余应力的定点跟踪分析热处理淬火后会留有残余应力，严重的话，会造成零件变形。图36是等效残余应力定点跟踪分析曲线，最大残余应力位于零件表面。口在|“利(10200打矣PointTra-ckingd昭建，體SirssEffkctrve)MPa)W0叫讪逬4跖10?图36残余应力定点跟踪分析4、硬度的定点跟踪分析图37为硬度的定点分析，由于工件尺寸小，温度均匀，因此硬度也比较均匀。图38是较大尺寸工件的硬度分析。硬度明显不一致，表面硬度交高，中心硬度最低。图37硬度的定点跟踪分析PointTrackingHardness(Hardness)(Roclvcll)30O.OtKJUIO丁扣茹、閒M4EM箭卿TimeJsec)图38较大零件硬度分布分析5、相的体积分数分析相的体积分数分析即金相分析，可以进一步分析材料的组织结构的构成。图39、图40和图41显示的是较大零件相的体积分数分析结果。PointTracking0.51(5760(01704)0.U3OTO0.0H60000