兩種表面熱處理條件下溫度場和應(yīng)力場的模擬研究.pdf

1、　　表面熱處理是對金屬材料表面通過加熱和冷卻的方式改變其力學(xué)性能的熱處理工藝。主要分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。作為一種典型的表面熱處理工藝，激光加熱表面淬火和氣體滲碳廣泛應(yīng)用于各種機械制造部門。
　　本文以激光加熱表面淬火和滲碳為例，對表面熱處理過程溫度場和應(yīng)力場進行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比。本文簡述了有限元分析思想及 ANSYS 軟件，通過間接法先進行溫度場分析，再在結(jié)構(gòu)分析中讀入溫度場分析所得節(jié)點溫度值

2、，并將其作為體載荷施加，進行應(yīng)力應(yīng)變分析。在激光加熱表面淬火模擬過程中，針對 Q235 鋼板表面激光掃描變形問題，模擬激光掃描鋼板表面溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場。在滲碳模擬過程中，對 20 鋼表面滲碳溫度場及應(yīng)力場進行數(shù)值模擬，得到滲碳過程溫度分布特征及應(yīng)力分布規(guī)律，并分析它們對滲碳過程的影響。由于使用 ANSYS 進行表面熱處理相關(guān)工藝設(shè)計效率高且成本低，因此在生產(chǎn)和研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　激光表面淬火過程模擬結(jié)果表明：隨激

3、光功率的增大，金屬表面最高溫度也增加。在應(yīng)力場模擬中，隨溫度的升高，最大應(yīng)力也增加，最大應(yīng)力分布在與激光掃描線對應(yīng)的背面約束處。實驗測得，隨激光掃描功率的增加，鋼板的變形量呈現(xiàn)出增大的趨勢，且實驗值0.90mm、0.86mm和0.98mm與模擬值0.86mm、0.97mm和1.09mm基本吻合。表明選擇的數(shù)學(xué)模型合理，模擬手段比較可靠。滲碳模擬結(jié)果表明：根據(jù)溫度場模擬結(jié)果，將任意時刻的節(jié)點溫度，帶入公式計算出該時刻的滲層深度，本文算出滲