熱處理工藝分析方案及應用
金屬的熱處理工藝，主要包括奧氏體化，滲碳，淬火，回火，退火，感應淬火，時效等。熱處理階段中，常會出現熱處理過程加熱及冷卻時間不能準確把握，相變過程無法監控，滲碳深度及碳含量無法確定、淬火馬氏體轉變率不能準確控制、工件發生淬火扭曲變形、殘余應力過大或分布不合理、淬火硬度不夠、出現淬火裂紋等缺陷，而通過傳統“試錯”及經驗的方式并不能準確和科學化、數據化地分析熱處理工藝的合理性，造成了金屬的熱處理工藝失敗，延長了生產周期。Deform-HT可對金屬熱處理整個工藝過程進行模擬分析，通過直觀分析云圖及各種數據判斷金屬在熱處理過程中產生的缺陷及工藝設計問題，達到良好的設計需求。
●熱處理工藝模擬過程的實現
Deform HT可進行金屬產品復雜熱處理工藝的流程設置，包括爐內加熱的奧氏體化，滲碳工藝的環境碳含量，淬火介質的水、油、堿液，各工藝階段的保溫及冷卻時間、溫度等。通過計算分析獲得熱處理過程各階段、各時刻的產品外部及內部場變量數據變化情況。
熱處理工藝表設置（奧氏體化-滲碳-油淬-水洗-回火-空冷）
奧氏體化階段某時刻溫度云圖加熱過程溫度云圖
●熱處理過程相變含量模擬
熱處理中，Deform HT通過相變動力學方程進行各相在該過程中的轉變情況，包括珠光體、鐵素體等到奧氏體的擴散轉變，奧氏體向馬氏體的晶格切變轉變，奧氏體向珠光體、鐵素體的等溫冷卻轉變，馬氏體到奧氏體的轉變及連續冷卻轉變等，計算不同熱處理階段、不同時刻的各相轉變百分比及相得分布，幫助用戶更合理地設計工藝保溫時間及溫度值。
不同階段馬氏體的百分含量及分布情況
●滲碳及碳含量模擬
Deform HT可模擬金屬熱處理滲碳過程中碳的內部擴散、環境碳的固溶滲透，獲得滲透過程中碳的滲透深度、碳含量及分布情況，更好地優化滲碳時間、滲碳溫度等工藝參數。
滲碳某時刻距表面不同深度范圍內的碳含量分布曲線（可獲得滲碳深度值）
●熱處理硬度模擬
熱處理過程中不同相具有的硬度不同，Deform HT可計算熱處理各階段金屬產品內部及表面硬度的變化和數值，同時可考慮滲碳后表面碳含量對淬火硬度的影響。
初始狀態時的硬度油淬后硬度值及各處硬度大小分布
●熱處理變形模擬
Deform HT同時考慮熱處理過程中由熱膨脹、相變塑性、相密度及相轉變所造成的尺寸及體積變化情況，從而分析熱處理過程發生的形狀扭曲，體積膨脹等熱處理缺陷，對于產品尺寸的變化差異可精確到微米級別。
熱處理淬火前后的尺寸變化
●熱處理殘余應力及裂紋模擬
Deform HT熱處理殘余應力計算包括熱應力及組織應力的耦合結果，采用的彈塑性有限元模型可完全計算金屬熱處理過程各個時刻及淬火之后的殘余應力分布情況，包括笛卡爾坐標系及圓柱坐標系下等效應力、最大主應力、環向應力、軸向應力及徑向應力及其拉壓應力情況，進行熱處理殘余應力的優化和淬火產生裂紋的判斷依據。殘余應力的計算及優化，可避免金屬熱處理裂紋及增強產品的疲勞使用壽命，提高熱處理后的產品質量。
熱處理裂紋模擬
●應力松弛及時效分析
Deform-HT可進行鋁合金、鎳合金等有色金屬的固溶時效及應力松弛熱處理分析，獲得熱處理溫度場、殘余應力、熱處理形變、應力消除、裂紋等結果，優化時效溫度和時間。
鋁合金輪轂固溶淬火及時效
●感應熱處理分析
Deform-HT通過FEM有限元及BEM邊界元算法進行感應熱處理的分析，包括單頻和多頻感應加熱及淬火工藝過程，可計算磁場密度、加熱溫度場、殘余應力、相轉變深度、熱處理變形、裂紋等結果，優化線圈設計及電流參數、淬火時間及冷卻方式。
電感應熱處理分析
熱處理應用案例：
●齒輪熱處理形變缺陷分析
◆項目描述
■齒輪熱處理后出現齒端面不平，尺寸發生變形，造成廢品率很高。
■通過熱處理工藝分析預測了變形缺陷，印證了初始工藝設計的不合理性，找到了內在原因。
◆項目挑戰
■熱處理微觀組織材料參數復雜，工藝參數復雜。
■熱處理工序多，結構形變復雜。
■熱處理過程結構變形很小。
◆解決方案
■結構、熱、微觀組織耦合分析。
■預測組織轉變、溫度場、殘余應力、硬度、變形量、滲碳深度等結果。
◆重要價值
■準確預測了熱處理微小變形，找出工藝缺陷，指導后續工藝的修改優化。
齒輪熱處理形變缺陷分析
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本文標題：熱處理工藝仿真應用案例
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