第十五章热处理文档格式.docx

1、国际工业界公认热处理技术的先进程度是保证机械制造技术先进与否和 保证产品质量的最关键因素。DEF0RM-3D中的热处理模块可以模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等热处理工艺过 程，能够预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和主要元素含量，并且有专门的材料模型用于蠕变, 相变，硬度和扩散分析，同时可以分析材料晶相、应力应变，以及每种镜像的弹性、塑性热 和硬度属性等。151问题分析本案例是一个斜齿轮的热处理工序， 零件如图15-1所示，鉴于该零件的周期对称特点,这里取半个齿进行分析，如图 15-2所示。图15-1齿轮 图15- 2半齿5个热处理工序如下：1） 550 C预热半小时（1800s）;2） 850

2、C渗碳 2 小时（7200s）;3） 100 C油浴淬火 20分钟（1200s）;4） 280 C 回火 1 小时（3600s）;5） 空气中冷却1小时（3600s）。15.2问题建立15.2.1 建立一个新问题双击DEFORM-3D图标，进入DEFORM-3D主窗口，单击 罰|【New Problem】按钮，选 择【Heat treatment wizard】.如图15-3所示。点击【Next】指定问题存储路径。点击【Next】， 输入问题名称GearHT，单击【Finish】完成新问题的建立。或者在进入 DEFORM-3D主窗 口后可以直接单击左侧 Pre Process栏的Heat Tr

3、eatment,输入问题名称 GearHT，单击【Next】。15.2.2 初始化进入初始化界面，选择公有制单位 SI，勾选【Deformation】（变形）、【Diffusion】（扩散）、【Phase transformation】（相变），单击【Next】。如图15-4所示。图15-4初始化15.2.3 导入几何体进入 Geometry 界面后，选择【Import from a geometry, .KEY or .DB file 】，如图 15-5 所 示，单击【Next】，导入安装路径SFTCDEFORMv10.23DLABS 的3DTOOTH 文件。导入 的零件如图15-6所示。图

4、15-5导入几何体模型Step -1图15-6几何体模型15.2.4 生成网格在Generate Mesh界面，设置（Unstructured mesh）非结构网格数量为 8000，设置表面结构图层为1，单击I【Initialize layer thickness】，设置涂层厚度为0.005。单击【OK】 退出，单击 【Next】。如图15-7,、15-8所示。p C=n=iste rsv 二三站C1&E415.2.5定义材料进入 Material 界面，选择【Import from .DB or . KEY files 】单击【Next 】。如图 15-9 所示。找到安装路径 SFTCDEF

5、ORMv10.23DLABS 的 Demo_Temper_Steel.KEY 文件，单 击打开进入如图15-10所示界面，单击 【Load按钮完成材料定义。孑 Heat 1 reatrient rdKale-alC Lead tug ths litx&rrI /* I=FCJT t fr on . D5 m . KEY f il（ Crat a n*ir : alC* Uh einTt-nt 9&tTiilAdTa*ie*d . -ack I图15- 9定义材料孑 Import Materials图15-10材料15.2.6工件数据初始化在 Workpiece initialization 界

6、面中，工件初始温度（Temperature）选择均匀（Uniform ）,数据设为20C；工件碳原子（Atom ）含量选择均匀（Uniform ）,数据设为0.2;工件相的体积分数（Phase volume fraction ）选择均匀（Uniform ）,并将珠光体 + 贝氏体（Pearlite+Banit） 的体积分数设置为 1其他相均为0。单击【Next】。如图15-11所示。0 Meat 1 reatrient rd -ack I | 耳翻图15- 11工件数据初始化15.2.7 定义介质在Medium Details界面中，定义几种不同的介质和相关热传导区域。1）在左侧的Media栏

7、中，单击【Rename】按钮，将第一种介质命名为 Heating Furnace， 如图15-12所示，单击【OK】按钮。在右侧的Heat transfer coefficient栏中，热传导区域（Zones） 设为默认（Default）将热传导系数（Heat transfer coefficient ）设为常数（Constant） 0.1，如 图15-13所示。图15-12定义介质名称7*ra=!3=i / AfrC -ackIIClOM图15-13设置介质参数2）单击Media栏中的丄一1按钮，新增一种介质并命名为 Carb.Furnace。如图15-14所示。在右侧的Heat trans

8、fer coefficient栏中，热传导区域（Zones）设为默认（Default ）将热传导 系数（Heat tran sfer coefficie nt ）设为常数（Con sta nt）0.05。在辐射（Radiati on ）栏中，将便 面反应扩散系数设为常数（ Constant） 0.0001如图15-15所示。DetalE图15-15设置介质参数3）单击Media栏中的L_l按钮，新增一种介质并命名为 Oil,单击【0K】退出。如图15-16所示。在右侧的 Heat transfer coefficient栏中，热传导区域（Zones）设为默认（Default ）并 将热传导系数

9、（Heat transfer coefficient）设为常数（Constant） 5.5。取消选中辐射（Radiation）。 如图15-17所示。I P图15- 16定义介质名称DiffiiiioTi SLrfaci rticticn cmfiicisntConstarytp图15-17设置介质参数单击【Apply】按钮应用，单击【0K】按钮完成数据设置。如图15-18、15-19所示。TemperoratureCon vecti on Coefficie nt202.12502.85006.87504.010002.5表115-20所示。在右侧的Heat transfer coeffic

10、ient栏中，热传导区域（Zones）设为默认（Default） 并将热传导系数（Heat transfer coefficient）设为常数（Constant） 0.02。如图15-21所示。单 击【Next】完成介质定义。图15-21设置介质参数15.2.8工序定义2） 850 C渗碳2小时（7200s）,将碳原子（Atom ）含量设为0.8;4） 280 C回火 1 小时（1800s）;输入后如图15-22所示，单击 【Next】完成工序定义。Heat T reatrient .Jizard沐kHC1m图15-22热处理工序定义15.2.9设置模拟参数在Simulation Contro

11、l界面中，选择自动（Auto），并将步骤定义（Step Definition ）中的每步温度变化量设置为 2,其他保持默认参数。 在对称面定义栏中单击 个对称面 Sym. Plane #1和Sym. Plane #2。选中Sym. Plane #1，通过表面元素拾取窗口的按钮选择C面为对称面 Sym. Plane #1，D面为对称面 Sym. Plane #2。如图15-23所示。另 外，由于工件模型为弹塑性变形， 为边界条件。对于此模型，对称面Z方向的约束。所以选择 V_z=0，钮，选择如图15-24所示节点。单击【Finish】按钮，弹出图15-25所示询问对话框。单击 【0K】完成问题新建。单击丄按钮退出热处理模块，进入到主窗口。图 15-23Files generated图 15-2515.3模拟和后处理运算结束后，选择 DEF0RM-3D Post选项，进入后处理模块。温度如图 15-27所示。出 阿* dUAwi 車;财U 4 豪 心 囱 并gli* a-M|.-M J JE .ODL1D m 曲】 13IH 11411Tir （Ik