1、本科毕业论文（20 届）T8 钢热处理过程温度场的数值模拟所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成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： T8 钢热处理过程温度场的数值模拟 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 T8钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉 T8 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，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理
2、论依据。2主要任务（1）制定 T8 钢热处理工艺。（2）模拟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）模拟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 T8 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 刘旭麟，高路斯，刘顺华，等.T8 钢淬火热处理组织的计算机模拟研究J. 热加工工艺，2006，35（6）：44-46.2 王英杰，孙国宏. T8 钢最佳预处理工艺的选择J. 热加工
3、工艺，1995， （4）：55-55.3 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟J. 新技术新工艺，2008， （11）：97-99.4 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： 赵跃文 2
4、015 年 1 月 16 日IT8 钢热处理过程温度场的数值模拟摘 要：本文利用 ANSYS 有限元软件建立轴对称单元模型，通过对该模型施加温度载荷来模拟其热处理加热和冷却过程中某些时刻温度场的分布，并分析某些特定位置温度随时间的变化关系。结果表明，热处理过程中，温度场以中心处为圆心，呈同心圆状分布，逐级递增（减） 。热处理过程开始时，外表面边缘处的升（降）温速度最快，中心处升（降）温速度最慢，其余位置的速度介于二者之间。工件整体升（降）温速度随着时间的增加逐渐下降。整个热处理过程中，工件中心和表面的温度差随时间的增加而减少。关键词：T8 钢；热处理；温度场；有限元模拟Research on
5、Numerical Simulation of Temperature Field on Heat Treatment of T8 SteelAbstract：The ANSYS finite element software was used to establish axisymmetric element model, and by adding temperature load to this model to simulate temperature field distribution at certain times in the heat treatment process o
6、f heating and cooling, and analyze the relationship of temperature of some specific positions with time change. The results show that in the heat treatment process, the temperature field is concentric mode distribution with the center as the center point and increase (decrease) progressively. At the
7、 beginning of the heat treatment, the temperature rising (decreasing) speed of the outside surface is the fast, and the center is the slowest and the speed of other places fall in between. The rate of temperature rising (decreasing) of the whole work piece decreases over time. In the whole treatment
8、 process, the temperature difference of the center and the surface of the work piece decreases over time.Keywords: T8steel; Heat treatment;Temperature field;Finite element simulationII目 录1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.2 国内研究进展 .11.3 研究的问题及方法 .22 ANSYS 软件概述 .42.1 ANSYS 热分析的基本原理 .52.2 ANSYS 热分析的分类 .62.3 ANSYS
9、 热分析的功能 .62.4 ANSYS 热分析的操作流程 .63 有限元模拟 .73.1 T8 钢的热处理工艺 .73.2 有限元模型建立 .83.2.1 材料属性 .83.2.2 模拟计算 .83.3 结果与分析 .93.3.1 退火过程 .93.3.2 淬火过程 .183.3.3 回火过程 .264 结论 .32参考文献 .33致 谢 .3411 绪论1.1 研究目的及意义T8 钢是指含碳质量分数在 0.75%0.90%，并含有微量的硅、锰、硫、磷、铬、镍、铜等元素的一种高碳钢，属于碳素工具钢，热处理后的硬度能达到 6065HRC。因其热处理工艺简单，热加工性能较好，经济效益高，并且且热处
10、理之后硬度和耐磨性有很大提高，在工业生产中应用广泛 1。T8 钢的淬透性较好，淬火组织均匀，在实际操作中，常被用于制造承受一定冲击而要求较高的工具，如：钳工装配工具，中心孔铳和冲模、切削钢材用的工具，轴承、刀具虎钳牙，煤矿用凿等。但在加工过程中，刀具会因为与工件强烈摩擦而受损，其产生的热量会使温度升到 600 甚至更高，极可能出现刃具崩刃或折断的现象，刃具的使用寿命便会受到直接影响 2。值得注意的是 T8 钢含碳量高，塑性和韧性较差，若采取合适的热处理工艺，就可以避免材料在服役早期开裂或破碎 3。T8 钢的普通热处理工艺有正火、球化退火、淬火和低温回火等。正火是为了消除二次渗碳体网，将组织结构
11、变为珠光体和层状渗碳体；球化退火是为了使 T8 钢中的碳化物球化，降低硬度与强度，提高塑性与韧性，改善切削加工性能；淬火可将其组织结构变为马氏体，提高硬度与耐磨性；低温回火避免了回火脆性的产生，减小了淬火应力，强化了组织结构，提高了 T8 钢的塑性与韧性 1。另外，在理论上对热处理过程温度场的解析非常困难。采用物理模拟方法对温度场进行研究也存在很大的局限性。而借助 ANSYS 软件不仅可以将热处理过程动态、逼真、恰当地模拟出来，还可以清晰直观地显示热处理过程任意时刻、任意节点的温度分布，具有很高的研究价值 4。因此对 T8 钢 热处理过程的温度场进行数值模拟，可以为优化热处理工艺、改善零件质量
12、提供理论依据，进而指导生产实践。1.2 国内研究进展戴涛 5对规则尺寸的T8钢冲头采用低温加热并控制其在过饱和氯化钙水溶液中停留时间的淬火方法, 避免了冲头的变形、开裂。王英杰 6等对T8 钢采用锻造后淬火加低温回火将锻造、淬火及磨削加工相结合，进行模锻余热淬火, 简化了最终热2处理工艺,减少切削加工余量,提高了加工质量,从而满足了省时、节能、经济、高效的最佳要求。马仙 7将热处理过程的物理现象和零件的几何造型有机的结合起来，通过计算机实现动态的、逼真的模拟。对淬火后应力分布规律、变形和开裂倾向进行预测与分析, 估计结构件的承载能力, 提高了结构的安全性。还总结了淬火过程数值模拟的研究方法和成
13、果，并指出了进一步研究的方向和建议。朱圆圆 8等利用ANSYS软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解, 得到了钢件淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿钢件内壁温度分布, 以及钢件上所选特殊点的温度分布，同时还建立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据, 为淬火过程中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。王能为 9等分析并建立了 T8 钢形变球化退火机理。通过对试样加热到820840，保温 10 min 后进行热形变处理，然后再将试样加热到 700，保温 60 min 后随炉冷却。在制得金相观察试样后，用扫描电镜观察，结果得到了比较理想
14、的球化珠光体组织，克服了普通球化退火冷速慢、生产周期长、效率低的缺点。因此，通过形变球化退火热处理可以达到节能和提高生产效率的目的。目前，工具钢件锻造后仍广泛采用球化退火工艺，锻后空冷后进行球化退火。李晓理 2等通过SEM ，OPM及XRD等试验方法，研究了 T8 钢组织和性能随球化退火时间、淬火温度及回火温度的变化。结果表明：T8 钢在600球化退火2 h 后，原始组织中的碳化物即可获得充分球化，以粒状形式细小均匀地分布在基体中，延长退火时间不显著改变碳化物的球化效果；试样经（77010）保温，6 min 油淬后，获得的隐晶马氏体组织硬度最高；试样经180210 回火1 h 空冷后，消除了淬
15、火过程中产生的残余应力，最终获得有球状碳化物均匀分布的隐晶马氏体组织，回火试样硬度较淬火态略有下降。1.3 研究的问题及方法1、查阅相关文献和书籍，掌握钢的热处理原理，为 T8 钢制定适当的热处理工艺。2、学习 ANSYS 软件，熟悉该软件的基本操作，掌握 ANSYS 软件计算热处理3过程温度场的方法。3、根据所制定的 T8 钢热处理工艺，用 ANSYS 软件模拟计算钢件热处理加热和冷却过程不同时刻的温度场及某些特定位置温度随时间的变化关系。4、对所得数据进行整理及分析。 42 ANSYS 软件概述随着计算机技术的发展，ANSYS 软件的应用也更加广泛。它集结构、传热、流体、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合及耦合求解 10。ANSYS 主操作窗口和隐藏的信息输出窗口如图2.1和图2.2所示。图 2.1 ANSYS 主操作窗口图 2.2 ANSYS 隐藏的信息输出窗口
