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淬火和回火的有限元模型及其應(yīng)用

摘要：在相變動(dòng)力學(xué)，相變塑性和蠕變應(yīng)變模型的基礎(chǔ)上，本文用數(shù)值模擬去模擬金屬熱加工中的淬火與回火。這個(gè)模型編碼成數(shù)值模擬熱處理程序，通過(guò)比較測(cè)量結(jié)果，證實(shí)了其在模擬熱處理中的效果。通過(guò)這個(gè)程序，我們控制6MW轉(zhuǎn)子淬火與回火處理，并分析比較了新設(shè)計(jì)過(guò)程與模擬的計(jì)算結(jié)果。在比較的基礎(chǔ)上，我們對(duì)熱處理的操作規(guī)程和工業(yè)過(guò)程給出了一些建議，證實(shí)了其在工業(yè)上的作用。

關(guān)鍵詞：有限元方法 淬火 回火 數(shù)值模擬 熱處理

1 引言
在大型鍛件的熱處理過(guò)程中，由于表面焊縫與內(nèi)部焊縫的溫度梯度變化和非同步形變引起了鍛件內(nèi)部應(yīng)力的升高[1、2]。有時(shí)候應(yīng)力足夠高是還是表面產(chǎn)生裂紋，甚至可能導(dǎo)致工件的斷裂。為了避免這種情況的發(fā)生，就必須盡可能的降低內(nèi)部應(yīng)力載荷。由于物理模擬已經(jīng)很難去建立一個(gè)滿足相似標(biāo)準(zhǔn)的模型，使熱流，微觀組織改變和應(yīng)力分布在這一模型中共同實(shí)現(xiàn)。有限元方法是在熱處理過(guò)程中通過(guò)對(duì)金屬熱加工行為的耦合計(jì)算，來(lái)探索和分析工件內(nèi)部應(yīng)力的演變。除了主要用于熱處理的數(shù)值模擬的HEARTS[3，4]和SYSWELD[5]發(fā)展外，其他的大型商業(yè)軟件包如ABAQUS[6]，DEFORM[7]等，也拓展了他們?cè)诜治鰺崽幚淼墓δ?。但是他們大部分僅考慮了動(dòng)態(tài)變型的應(yīng)力相位感應(yīng)，相變塑性和蠕變應(yīng)變中的某一方面。在這點(diǎn)上，有限元方法模型是通過(guò)結(jié)合這三個(gè)方面對(duì)淬火和回火過(guò)程進(jìn)行建立的，而且熱處理（NSHT）數(shù)值模擬軟件是以該模型為基礎(chǔ)發(fā)展來(lái)的，用于在6MW轉(zhuǎn)子的淬火和回火過(guò)程中金屬熱加工行為的計(jì)算。