1、本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：T10 钢热处理淬火过程温度场分析学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日 毕业设计任务书设计题目：T10 钢热处理淬火过程温度场分析1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解 T10钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉 T10 钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS 软件；掌握 ANSYS 软件计算热处理过程温度场的方法
2、，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2主要任务（1）制定 T10 钢热处理工艺。（2）计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。（3）计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。（4）分析热处理过程温度场分布对 T10 钢组织和力学性能的影响。（5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1 赖宏，刘天模 . 45 钢零件淬火过程温度场的 ansys 模拟J.重庆大学学报，2003，26（03）:82-84.2 朱圆圆，祁文军，易挺
3、，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟J. 新技术新工艺，2008， （11）：97-99.3 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社，2007：230-3084进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 阅读文献，了解研究目的意义制定热处理工艺3 月 3 日3 月 23 日2 软件学习，完成加热过程温度场计算 3 月 24 日4 月 13 日3 完成冷却过程温度场计算 4 月 14 日5 月 4 日4 进行结果分析 5 月 5 日6 月 1 日5 完成撰写及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日审核人： IT10 钢热处理淬火过程温度场分析摘 要：随着当今计算机技术的迅速发展
4、，淬火过程的计算机模拟越来越受到人们的重视，已成为现在淬火过程研究和淬火工艺设计中不必可少的重要方法。本文运用有限元软件ANSYS软件的热分析模块对 T10钢圆柱体淬火过程进行建模、网格划分、加载及求解，得到T10钢圆柱体淬火不同时刻的温度场，及 T10钢圆柱体上所选特殊点随淬火时间变化的温度场曲线图，建立淬火过程的数学模型。模拟结果与实际情况较为符合，并通过实验结果分析出淬火过程温度场分布对T10钢组织和力学性能的影响。关键词：T10 钢 有限元模拟 温度场Temperature field analysis of T10 steel duringheat treatment quenchi
5、ngAbstract：Along with the rapid development of computer technology today, quenching process of the computer simulation more and more by peoples attention, has become now quenching process research and quenching process design does not have to be less important method. In this paper, the thermal anal
6、ysis module of finite element software ANSYS software of T10 steel cylinder in quenching process of modeling, meshing, loading and solving, the temperature field of quenching of T10 steel cylinder at different time, and T10 steel cylinder selected special point with the quenching time changes of tem
7、perature curve diagram, establish mathematical model of quenching process. The simulation results are in accord with the actual situation and the influence of temperature distribution of the quenching process on the microstructure and mechanical properties of T10 steel is analyzed by the experimenta
8、l results.Keywords: T10 steel Finite element simulation Temperature fieldII目 录1 绪论 .11.1 研究的目的及意义 .11.2 国内外研究进展 .21.3 研究的主要内容及研究手段 .21.3.1 研究的内容 .21.3.2 研究的手段 .32 T10 钢热处理工艺制定及 ANSYS 软件 .42.1 T10 钢材料简介 .42.2 淬火加热温度的选择 .52.3 淬火概述 .62.3.1 淬火目的 .62.3.2 淬火必要条件 .62.3.3 淬火介质 .72.3.4 淬火工艺曲线 .82.4 ANSYS 软件
9、.92.4.1 ANSYS 软件概述 .92.4.2 ANSYS 有限元分析流程 .133 ANSYS 有限元分析 .153.1 淬火过程热传导方程 .153.2 ANSYS 热分析 .153.3 基于 ANSYA 的淬火温度场分析 .163.4 定义单元类型 .173.5 前处理阶段 .173.5.1 建立模型 .173.5.2 网格划分 .183.6 温度场分析 .193.7 水冷特殊位置随时间变化 .203.8 模拟结果分析 .22III4 结论和展望 .244.1 课题研究得出结论 .244.2 展望 .24致 谢 .25参考文献 .26太原工业学院毕业设计11 绪论1.1 研究的目的
10、及意义在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是金属材料，工业、农业、交通运输、建筑以及国防等各方面都离不开他。随着现代化及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。为满足这一要求，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。后者是最广泛，最常用的方法。碳素工具钢是碳的质量分数在0.65%1.35% 之间，经过热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具。与合金工具钢相比，它的加工性能更良好，价格低廉，使用范围广泛，所以它在工具的生产中需求较大。碳素工具钢分为碳素刃具钢、碳素模具钢和碳素量具钢。碳素刃具钢指用于制作切削工具的碳素工具钢，碳
11、素模具钢指用于制作冷、热加工模具的碳素工具钢，碳素量具钢指用于制作测量工具的碳素工具钢。热处理是一种综合工艺。热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。热 处 理 是 在没有改变原有材料的情况下，充分发挥材料的性能潜力，这对提高产品的内在质量，节约材料，延长产品的使用寿命，发挥材料的潜力，提高经济效益都具有十分重要的意义 1。而金属热处理就是机械制造中的重要工艺之一，与其他的加工工艺相比，热处理一般不会改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或者改变工件表面的化学成分，改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般并不是肉眼所能看到的。为使金属工
12、件具有所需的力学性能、物理性能和化学性能，除合理的选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业制造中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，从而可以通过热处理予以控制，所以钢的热处理就是金属热处理的主要内容。而钢的热处理是指把钢在固态下加热、保温、冷却，通过以改变钢的内部组织结构从而获得所需性能的热加工工艺 2。根据加热、冷却方式及获得的组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火和化学热处理）及形变热处理等 3。热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几
13、何形状和太原工业学院毕业设计2加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。1.2 国内外研究进展金属热处理早在公元前就已经在使用了，直到二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。夏立红等采用低温淬火后，有效地解决了 45 钢处于危险尺寸以致出现零件淬火裂纹的问题 4。朱圆圆等利用ansys 软件对淬火过程温度场的进行了数值模拟，数值模拟的结果符合生产实际并且运算速度较快，该方法明显优于传统的人工测量和经验判断方法 5。王能为等通过形变球化退火热处理达到了节能和提高生产效率的目的 6。赵琳通过正火、淬火、中温回火
14、等热处理工艺，改变了 45 钢的内部组织，从而改变其性能，使 45 钢短轴具有了优良的综合机械性能和良好的切削加工性能，不仅改善了表面耐磨性，而且工件中心部分也得到了较高韧性，满足了使用要求 7。夏浩杰等通过优化 T12 钢丝锥的热处理工艺，合理选择热处理工艺参数，有效地减少或消除了其淬火裂纹的出现 8。刘祥等利用 ANSYS 软件对铸钢车轮铸造过程进行了瞬态热分析模拟，从而可以预测缩孔、缩松、热裂等缺陷出现的位置及可能性,为优化铸造工艺方案提供了科学依据 9。赵永忠等利用有限元分析软件对中厚板轧后控冷过程进行了有限元模拟, 得到了钢板在水冷条件下的温降曲线及瞬态温度场分布, 为制定合理的控冷
15、工艺提供了有力的指导作用10。孔祥伟等采用有限元分析软件 ANSYS 对四辊轧机工作辊的温度场进行了模拟, 在模拟过程中,动态分析了热轧时工作辊的升温过程, 预测了工作辊的瞬态温度分布, 并将所得的温度分布用于热凸度的近似计算中, 其计算结果与文献结果相吻合 11。1.3 研究的主要内容及研究手段1.3.1 研究的内容1、制定 T10 钢热处理工艺。2、模拟计算 T10 钢热处理水冷过程某些时刻温度场的分布。3、模拟计算热处理水冷过程某些位置温度场变化随时间的变化关系。太原工业学院毕业设计34、分析热处理水冷过程温度场分布对 T10 钢组织和力学性能的影响。1.3.2 研究的手段本文采用ansys有限元软件模拟T10钢热处理淬火温度场，分析T10钢热处理水冷过程某些时刻温度场的分布，和热处理水冷过程某些特定位置温度场变化随时间的变化关系，并分析了热处理水冷过程温度场分布对T10 钢组织和力学性能的影响。并且将淬冷过程中的相变潜热、综合换热系数、定压比热容等随温度变化的因素进行考虑。力求模拟结果更接近于生产实践。
