DEFORM热处理工艺

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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。

Deform-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，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、15NiCr13和GCr15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”（New problem），创建新问题。

在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，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”(Phase transformation)，见图2。

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.Deform—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，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、15NiCr13和GCr15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”（New problem），创建新问题。

在弹出的图框中,选择“热处理导向”（heat treatment wizard)，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”(Phase transformation），见图2。

材料成型专业综合性实验报告热处理工艺对45#钢组织性能的影响学生专业: 材料成型与控制工程学生班级:学生学号: 1学生姓名:指导老师:报告日期: 2016年7月目录一、综述、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、3二、实验目的、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、7三、材料及仪器、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、8四、实验过程及热处理模拟操作、、、、、、、、、、、、、、、、、、、8五、实验结果及热处理模拟对比分析、、、、、、、、、、、、、、、、9六、结果分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、16七、结论、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、16参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、17一、综述1、钢的热处理钢的热处理就就是把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温,并以适当的速度冷却到室温,以改变钢的内部组织,从而得到所需性能的工艺方法。

热处理与其她加工方法(铸造、锻压、焊接、切削加工等)不同,它只改变金属材料的组织与性能,而不改变其形状与大小,所以用它来处理零件、工具等制成品,处理各种工具、刀具、齿轮与转轴等。

钢在热处理条件下所得到的组织与钢的平衡组织有很大的差别,钢加热到临界点(A)以上时发生奥氏体转变,奥氏体在非常缓1慢冷却时才能得到平衡组织状态的珠光体或珠光体+铁素体(或渗碳体),但大部分热处理工艺,如退火、正火、淬火、(回火或时效例外)都就是将钢加热到奥氏体状态,然后以不同的冷却速度(或冷却方式)冷却到室温。

退火、正火、淬火的冷却速度的不同,则会得到不同的组织,其力学性能或物理性能也不同。

2.45#钢的综述45号钢就是GB中的叫法,JIS中称为:S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN为:C45。

0　引言随着汽车制造业的迅猛发展，应用于汽车零部件中的各种齿轮，如圆柱直齿轮、螺旋齿轮、锥齿轮、非圆齿轮，因用途广泛、用量大的特点，对制造工艺提出了更高的精度和质量要求。

传统的齿轮生产工艺已经难以满足当今的制造需求，计算机辅助制造技术得到了广泛的发展，有效解决了缩减成本、促进研发、提高质量的难题。

以汽车后桥被动锥齿轮为例，运用DEFORM-HT 软件进行计算机数值模拟仿真分析，模拟齿轮在渗碳淬火中的实时变化，验证计算机辅助工艺优化的可行性。

渗碳淬火是由工件温度场、应力场、组织场及淬火介质流场耦合的过程，以后桥传动系统中螺旋锥齿轮副为例，对这一过程进行数值模拟，为制定最优工艺方案提供一定的理论依据。

1　对20CrMnTi 齿轮工艺设计DEFROM 软件是一套基于工艺模拟系统的有限元分析软件（FEM ），DEFORM-HT （热处理）附加在DEFORM-2D 和DEFORM-3D 之上。

除了成形分析之外，DEFORM-HT 还能分析热处理过程，包括硬度、晶相组织分布、扭曲、残余应力、含碳量等。

DEFORM 可用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用。

拥有相应的模块以后，这些耦合效应将包括：由塑性变形功引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响，以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。

1.1　锥齿轮锻件分析锥齿轮螺旋角为35.7°，主从轮齿数比为6：37，模数7.95 mm ，主动轮材料为22CrMoH 钢，从动齿轮材料为20CrMnTi 。

如图1所示。

1.2　热处理工艺流程20CrMnTi 是合金渗碳钢，具有渗碳性、淬透性强，强度和韧性高、回火后加工性良好的优点。

可以用于制造截面≤30 mm 的承受高速、中重载荷的重要零件，主要性能与20CrNi 钢相似。

20CrMnTi 齿轮钢通过热处理，可达到提高金属材料的表面硬度、抵抗磨损的能力，保留心部足够强度和基于DEFORM-HT 的齿轮热处理工艺研究李　东，岑海堂（内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特　010051）摘　要：基于DEFORM 软件，采取有限元的分析方法对汽车后桥从动锥齿轮进行计算机数值模拟仿真分析。

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。

Deform-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，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、15NiCr13和GCr15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”（New problem），创建新问题。

在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图1。

sgniht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t h i ng si nt he i rb ei n ga re go od fo rs （English ）修改成公制（SI ），同时选中“形变”（Deformation ）、“扩散”(Diffusion)和“相变”(Phase transformation)，见图2。

DEFORM玻璃成形工艺数值模拟技术应用1玻璃成形工艺的工业需求以汽车用玻璃为主的玻璃成形工艺包括落模成形、热弯成形、模压成形、辊压成形及玻璃面板热加等。

这些工艺过程中，具有热粘弹塑性特性的玻璃在高温接近软化状态下进行成形，重力作用也将对其成形结果产生影响。

与其他工业产品成形类似，玻璃的成形在成形工艺及模具设计不合理的情况下仍然会产生成形缺陷，如贴膜不紧、形状未完全成形、表面裂纹等。

目前国内企业在面临这些问题时大多采用试错法，也就是完全凭工程师经验进行大量的实际试验，这种方法的弊端在于对工程师经验依赖性大，经验又难以快速进行有效地积累和传承，通过多次的实际试验使得产品的生产周期长，成本增加，质量不高。

因此相关企业需要一种有效地工具来面临挑战，专业材料成形工艺数值模拟工具DEFORM便可以为这些难题提供相应的解决方案。

2材料成形工艺数值模拟工具DEFORMDEFORM源自塑性有限元程序ALPID（Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。

在1980年代初期，美国Battelle研究室开发了用于塑性加工过程模拟的有限元程序ALPID，后来开发人员对程序进行了逐渐完善，并采用Motif 界面设计工具，将程序发展成为了商品化的软件DEFORM（Design Environment for Forming），经过三十余年的发展DEFORM已经成长为材料成形领域著名的工艺数值模拟软件。

DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用来分析变形、传热、热处理之间复杂的相互作用，常被用于分析金属、玻璃及聚合物的成形现象。

系统具有刚粘塑性及粘弹塑性算法，并同时耦合热分析，其有限单元采用lagrangian算法并通过单元自适应进行大变形计算。

如图1所示，各种现象之间相互耦合。

这些耦合效应将包括：由于塑性变形功引起的升温、加热软化、温度控制、热损耗、塑性、应变应力对材料的影响等，对于玻璃成形的热固耦合及温度场分析具有很强的计算能力。

DEFORM金属成形及热处理模拟解决方案1DEFORM锻造、拉拔模拟方案DEFORM锻压数值模拟可实现适热、冷、温状态下的自由锻、模锻、开坯、墩粗、拉拔、挤压等成形工艺的仿真分析，提供极有价值的工艺分析数据：➢通过锻造、拉拔全过程模拟，获得成形产品形状及尺寸，有助于分析锻件、管材、棒材等横向缺陷发生的原因；多工步成形过程模拟➢获得成形过程工件应力场、应变场及速度场分布；➢提高模内金属流动现象，分析材料流动规律；➢预测成形缺陷，包括裂纹、拉痕、凹坑、缩径、折叠、填充不足等；裂纹折叠➢可优化工艺参数，包括成形吨位、拉拔力、拉拔速度、润滑方案、锻造温度、拉坯截面形状等；➢分析及优化模具结构，包括模具内腔、模具孔径、孔型，入模锥角等；不同孔径及毛坯的优化➢获得模具应力场数据，分析模具强度，模具磨损。

模具主应力和等效应力2DEFORM轧制模拟方案DEFORM轧制模拟可以实现有色金属及钢等的管材、板材及其他型材的连轧、滚轧、扩孔等工艺，预测成形尺寸、成形缺陷等结果，提供快速全面的工艺优化模拟方案：➢根据工艺流程，实现冷轧、热轧的成形过程，预测成形产品形状及尺寸、有助于分析缺陷的产生。

➢预测轧制过程中出现的折叠、塔型卷曲、壁厚不均、变形扭曲、流线紊乱等轧制缺陷。

➢获得成形过程金属应力、应变、速度、损伤、温度等场变量数据。

应力云图及板型尺寸变化➢分析轧制过程金属流动规律，有助于成形方式的控制。

➢优化工艺参数，包括轧制速度、轧制道次、轧制厚度等。

➢耦合模具应力分析，可判断轧辊发生弹性变形对轧制效果的影响。

➢可模拟复合材料的轧制过程，研究复合材料的成形特型。

3DEFORM微观组织模拟方案DEFORM采用元胞自动机及蒙特卡洛法实现微观组织相图及演变过程的可视化模拟，通过耦合结构及温度，获得成形过程及热处理过程中微观组织的模拟分析，提供多方面的分析方案：➢模拟微观组织在锻造、轧制、自由锻等成形过程、热处理过程及加热、冷却过程的演变；自由锻过程晶粒细化分布（红色为细化部分）➢ 模拟晶粒生长，分析整个过程的晶粒尺寸变化；➢ 计算成形及热处理过程中的回复再结晶现象，包括动态再结晶、中间动态再结晶及静态再结晶；➢ 通过微观演变预测总体性能，避免缺陷；➢ 模拟微观组织相的转变，提供转变时间、转变温度及任一时刻的微观演变结果；马氏体转变率分布云图及残余应力云图 ➢ 用户可二次开发自己的晶粒演变模型用于微观组织计算，验证新的演变模型的可行性；➢ 具有元胞自动机法、蒙特卡洛法等计算方法，可现实微观组织相图、晶粒尺寸、晶界及晶向，实现微观组织演变的可视化观测；➢ 分析成形过程中晶粒织构的变化情况，有助于优化成形工艺；ε =0 ε = 0.01 ε = 0.3 ε = 1.24 DEFORM 热处理模拟方案金属的热处理工艺，主要包括钢的奥氏体化，渗碳，淬火，回火，有色金属的金相固溶沉淀、应力松弛。

deform热锻模拟实例热锻是一种金属加工方法，通过在高温下，将金属材料放置在模具中，并施加一定的力量使其变形。

热锻工艺可以改变金属材料的形状和性能，常用于制造锻件、航空航天器件、汽车零部件等领域。

在热锻过程中，模具起到了至关重要的作用，其中包括了模具的设计、材料选择、制造工艺等方面。

一、模具设计模具设计是热锻过程的关键环节之一，合理的模具设计能保证锻件的质量和效率。

模具设计包括模具的结构形式、模腔尺寸、模具材料选取等。

1.结构形式：根据锻件的形状、尺寸和工艺要求，选择合适的模具结构形式。

例如，可选择闭式模具、开式模具或滑块模具等。

闭式模具适用于形状复杂的锻件，开式模具适用于简单形状的锻件。

2.模腔尺寸：根据锻件的尺寸大小，确定模腔的尺寸。

模腔的尺寸要保证在金属变形过程中能够完全填充，并考虑到金属的收缩和变形。

3.模具材料选取：选择合适的模具材料，通常模具材料要求具有高温强度、耐磨性和耐热疲劳性等特性。

常用的模具材料有合金工具钢、高速钢、硬质合金等。

二、热锻模具制造工艺模具的制造过程对于保证锻件质量至关重要。

模具制造工艺包括材料准备、加工、热处理和最终组装等步骤。

1.材料准备：根据模具设计，选择合适的模具材料，并进行材料的加工和热处理准备。

2.加工工艺：根据模具的形状和要求，选择合适的加工工艺。

常见的加工工艺包括数控加工、电火花加工、车削、磨削等。

3.热处理：模具的热处理是模具制造过程中必不可少的环节，通过热处理可以改变模具材料的组织结构和性能，提高其耐磨性、耐热疲劳性等。

常见的热处理方法有淬火、回火、正火等。

4.组装：将经过加工和热处理的模具组装起来，进行调试和检验。

确保模具的各零部件之间的配合精度和稳定性。

三、热锻模拟实例以某汽车零部件的热锻模具为例，进行模拟实例的介绍。

1.模具设计：根据锻件的形状和尺寸要求，设计闭式模具，确保模腔尺寸和形状合理。

2.材料选取：选择合金工具钢作为模具的材料，具有良好的耐磨性和耐热疲劳性。