1、Deform-3d熱處理模擬操作熱處理工藝在機械制造中占有十分重要的地位。隨著機械制造現代化和熱處理質量管理現代化的發展，對熱處理工藝提出了更高的要求。熱處理工藝過程由于受到加熱方式、冷卻方式、加熱溫度、冷卻溫度、加熱時間、冷卻時間等影響，金屬內部的組織也會發生不同的變化，因此是個十分復雜的過程，同時工藝參數的差異，也會造成熱處理加工對象硬度過高過低、硬度不均勻等現象oDeform-3d軟件提供一種熱處理模擬模塊，可以幫助熱處理工藝員，通過有限元數值模擬來獲得正確的熱處理參數，從而來指導熱處理生產實際。減少批量報廢的質量事故發生。熱處理模擬，涉及到熱應力變形、熱擴散和相變等方面，因此計算很復雜

2、，軟件采用牛頓迭代法，即牛頓-拉夫遜法進行求解。它是牛頓在17世紀提出的一種在實數域和復數域上近似求解方程的方法。多數方程不存在求根公式，因此求精確根非常困難，甚至不可能，從而尋找方程的近似根就顯得特別重要。方法使用函數f(x)的泰勒級數的前面幾項來尋找方程f(x)=0的根。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大優點是在方程f(x)=0的單根附近具有平方收斂，而且該法還可以用來求方程的重根、復根等。但由于目前Deform-3d軟件的材料庫只帶有45鋼、15NiCrl3和GCrl5等三種材料模型，而且受到相變模型的局限，因此只能做淬火和滲碳淬火分析，更多分析需要進行二次開發。本例以45鋼熱處

3、理淬火工藝的模擬過程為例，通過應用Deform-3d熱處理模塊，讓讀者基本了解熱處理工藝過程有限元模擬的基本方法與步驟。1、問題設置點擊“文檔(File)或“新問題(Newproblem)，創建新問題。在彈出的圖框中，選擇“熱處理導向(heattreatmentwizard)，見圖1。圖1設置新問題2、初始化設置完成問題設置后，進入前處理設置界面。首先修改公英制，將默認的英制(English)修改成公制(SI)，同時選中“形變(Deformation)、“擴散(Diffusion)和“相變(Phasetransformation),見圖2。HtTre-irtmeritVizard岸Gmiti口

4、口ajtialiEEticcir5konpPLtltTLBEforaiTlon圖2初始化設置3、輸入幾何體在工件幾何體輸入對話框內，選擇從數據庫或關鍵文件夾(Importfromageometry,.KeyorDBfile)中輸入，見圖3。輸入的文件必須是STL格式的，見圖4。圖3輸入幾何體ttjriTil-陽rAnr沖r松F4Wfi*dbA4Adnputfih.阿碉LJTpdfefl-OD-Uwh|MCJJwfrrpti.JFe-nwMddwyf*oJnrilJv4Jwulp#扌BSpDurschJli3fpfrWflriqpC0!xJfion-fll3J亍屜3*Ma2ijtnwcjMdhU

5、QkHmata|-_Lf-1療甲J圖4選擇幾何體文件4、網格劃分工件輸入后，可以進行網格劃分。這里取網格數8000；表面網格結構(Strueturedsurfacemesh)中，層的數量取1;層厚度(Layerthickness)為0.005；厚度模式(Thicknessmode)取與外形尺寸成比例(Ratiotooveralldimension)，見圖5。*其實層厚度是默認好的，點擊圖標，就會顯示默認的數據，然后點擊“0K”,完成設置，見圖6。網格生成后的工件三維圖形見圖7。圖6層厚度設置圖7網格生成后的工件三維圖形5、材料設置1）選擇從數據庫或關鍵文件夾（Importfrom.DBor.K

6、EYfiles）中輸入，見圖8。由于數據庫和關鍵文件夾尚未建立，因此在選擇從數據庫或關鍵文件夾選項后，不要直接點下一步，而是點擊高級（Advanced），這時會彈出材料設置對話框，見圖9。圖8材料輸入圖9材料設置2)在材料設置對話框中點擊從材料庫中加載(Loadfromlib.)。并在彈出的對話框中選擇“Steel，“AISI-1045_HeatTreatment”，類似國產45鋼,并加載，見圖10。加載后，材料列表中會顯示材料型號以及相變名稱，這里顯示的是45號鋼以及奧氏體、珠光體和馬氏體,見圖11。mtFc-mini：brtidMt門注常*Stjisnlt-i-K_iCat；Et*lSuM

7、?rt：a?itMixaaS：-iiM5kchicdnAI3i-lM5irCtDjTG-FCKKlIMS二??！MFMA：:礙丿：冋2dfFxtkarLeheJIS-Si3C_2rtjriKlsIQlD：i：X4S_Miit：r-wtMEl圖10選擇鋼號圖11加載后的材料列表3）輸出材料保存到關鍵文件夾。點擊輸出（Export）,在關鍵文件夾中選擇材料并保存，見圖12。-*E-哪沖旺肚噸嚴討T圖12保存到關鍵文件夾4）打開保存到關鍵文檔中的材料并加載,完成材料的設置,見圖13。圖13完成材料設置(tobecontinued)6、工件初始化設置在工件初始化對話框中，將溫度(Temperature)

8、、原子(Atom)、相體積分數(Phasevolumefraction)均選擇為均勻(Uniform)。并將溫度設置為“20；原子為“0.44；將馬氏體(Martensite)的體積分數設置為“1，見圖14。*原子百分比設置這里指含碳量?？梢詮牟牧闲阅鼙碇械拿枋?Description)一欄中查到，見圖10。HrjitTFcatfnsn!耳切einLt圖14初始化設置7、介質的詳細設置介質設置的界面見圖15，這里的介質主要有加熱爐和水。dimimt|aisiff5：miztJKDtLtttAllJCuratkTeaCtAEfKt*qI.EOGfA_i.r.TEE-fjjFIt：.7.EJOGK

9、iitinTKO0$Drfin3自COVLtar0$M伽弓忡DtLt!i-e圖22工藝程序設置9、模擬控制設置模擬控制對話框見圖23。按默認好的步數定義為“自動”，每步溫度變化為“5”，每步時間最大最小為“0.001”和“10”，步數增量為“10”。附加邊界條件中由于沒有考慮對稱設置，因此欄目保存空白，見圖23。在固定節點邊界條件設置中，選擇點擊“自動設置（Auto）”，這時會出現固定節點邊界條件已添加的回答，點擊“0K”、完成固定節點邊界條件設置，見圖24。然后再點擊“Finish”，出現圖25的回答，大意是數據庫、關鍵文件等已成功創建，請退出并回到主窗口進行模擬運行。U-V-*Ir-r-P

10、SLullCiiCF：站昭5EtAUtGiJliiaitLan:bcundjzrEorulFdMrMai45inriamtVenar*問對HeaSTrMteinentWizar*!日轡JLU&IMT19-W1rtmf1?S0關臥p圖23模擬控制圖24固定節點邊界條件已經添加提示圖25創建數據庫文件已經成功提示（tobecontinued）10、模擬和后處理在主窗口課題目錄（Directory）中，選擇需要模擬的文件，然后在模擬器（Simulator）欄目中，點擊運行（Run）,開始模擬。模擬進行狀況可以從信息（Message）窗口觀察到。aZIH-Pl*曲右葉“口申鮭辛L2r-r-涉-J|=j

11、_a.間14wlia-.j氓j片戲9_faTKLtJitamrtiIWIN*431*hM-HFiflFayFtm:trFSMMtfaasm4lBMWrwt*亡阻rzirrWTTHumigKacuTcw?=raBac3訃*.awimD4nKH：KB?JflILMW!u.rsLthr.2*-*nn4W4I耳1Hq+taMi柜T-hJl|B-hli|*4lIMMiMf-LU*inriuw!P屮HUT*卑EUa圖26模擬運行模擬達到指定的步數或時間后模擬停止，這時點擊退出圖標，退出模擬。再次打開主窗口，在目錄欄中選中課題，然后在后處理器中點擊“Deform-3dPost”進入后處理窗口。熱處理模擬的后

12、處理窗口應包括以下內容：（1）圖形顯示窗口（2）步數選擇和動畫播放器（3）圖形狀態選擇按鈕（4）圖形位置控制按鈕（5）狀態變量選擇與分析按鈕熱處理模擬的后處理分析：1、加熱和冷卻過程動畫播放為了播放加熱和冷卻過程的動畫，應先在狀態變量選擇菜單內，選擇溫度（Temperature）,然后再點擊播放器，在顯示窗口觀察加熱和冷卻的變化過程。見圖27。圖27加熱和冷卻過程模擬2、加熱和冷卻溫度分布均勻度分析1）剖切零件為了分析溫度分布均勻度，需要將工件剖切?？梢詰闷是校⊿licing）分析工具，將對話框中的模式選為“IPoint+Normal”，在輸入欄內，將P行的X坐標值修改成“1”，點擊“0K”

13、完成零件的剖切。*如果要盡可能在圓柱體的中心位置進行剖切，就需要進行中心點的坐標。默認的P點Y、Z軸的坐標為“0”，因此只要計算X軸的坐標點就可以了，一種方法采用拉動圖標下方的滑標，大致放在中間位置即可。要精確定位，需要通過計算，可以根據滑尺兩端的數字相加后除2。本例計算如下：(-35.934+16.054)/2=-9.94，見圖28、圖29。圖28剖切設置圖29剖切后的零件定點跟蹤設置點擊“定點跟蹤分析(Pointtracking)按鈕，彈出的對話框見圖30。Chtflnpointe嚴PointTfjd&ng圖30定點跟蹤設置對話框沿工件剖面的對角線選擇幾個點，如圖31的Pl、P2、P3。圖

14、31選擇跟蹤點這時，在定點跟蹤設置對話框內自動會出現點的坐標位置，見圖32。點擊“Next”和“Finish”完成跟蹤設置。ZackfcrtATPoirrtIrckiirgCuicnl圖32定點跟蹤設置3）溫度均勻度分析在狀態變量菜單中選擇溫度，在窗口即會顯示溫度的定點跟蹤曲線，見圖33。PointFrackina圖33溫度的定點跟蹤曲線從曲線中可以分析，三個點的溫度基本是一致的，這是由于工件尺寸較小，加熱保溫時間充足造成的。圖34顯示的是較大尺寸工件的定點跟蹤曲線，三個點的溫度明顯產生差別。圖35為較大工件的溫度均勻度定點跟蹤曲線，圖36顯示的是較大尺寸工件冷卻時，剖面上溫度均勻度分布狀況。

15、Tencrature(C)PointTrackingQDooOS2(T6J圖34溫度分布的定點跟蹤圖35溫度均勻度分析3、殘余應力的定點跟蹤分析熱處理淬火后會留有殘余應力，嚴重的話，會造成零件變形。圖36是等效殘余應力定點跟蹤分析曲線，最大殘余應力位于零件表面?？谠趞“利(10200打矣PointTra-ckingd昭建，體SirssEffkctrve)MPa)W0叫訕逬4跖10?圖36殘余應力定點跟蹤分析4、硬度的定點跟蹤分析圖37為硬度的定點分析，由于工件尺寸小，溫度均勻，因此硬度也比較均勻。圖38是較大尺寸工件的硬度分析。硬度明顯不一致，表面硬度交高，中心硬度最低。圖37硬度的定點跟蹤分析PointTrackingHardness(Hardness)(Roclvcll)30O.OtKJUIO丁扣茹、閒M4EM箭卿TimeJsec)圖38較大零件硬度分布分析5、相的體積分數分析相的體積分數分析即金相分析，可以進一步分析材料的組織結構的構成。圖39、圖40和圖41顯示的是較大零件相的體積分數分析結果。PointTracking0.51(5760(01704)0.U3OTO0.0H60000