1、T8钢圆柱体水淬过程温度场模拟摘要: T8模具钢属于抗冲击碳素工具钢、冷作模具钢、淬硬型塑料模具用钢，该钢无网状碳化物析出倾向，塑性、韧性优于T10A钢，适用于制作较大截面的模具。重载模具采用T8模具钢，进行预先调质球化处理，效果较好。该钢可加工性好，价格低廉，来源容易，但缺点是淬透性低，耐磨性差，淬火变形大。本文将采用ANSYS有限元分析对T8钢进行热处理过程模拟，热处理过程计算机模拟具有速度快、效率高、结果形象逼真、能综合全面反映热处理过程中各种变化规律的特点。与试验研究相结合，可以极大地拓展实测数据提供的信息，完成试验研究很难做到甚至不能做到的工作。国内的许多专家和学者运用MARC、AN
2、SYS等软件对现实中热处理过程进行了模拟，而且取得了一系列令人满意的成果，并将模拟的结果指导于生产实践之中。关键词：T8钢，ANSYS有限元分析，温度场 T8 steel cylinder water quenching process temperature fieldsimulationAbstract: T8 tool steel belongs impact carbon tool steel, cold work tool steel, hardened plastic mold steel, the steel mesh carbide precipitation no tende
3、ncy ductility, toughness than T10A steel, suitable for the production of a large cross-section of the mold . Overloaded mold using T8A mold steel, quenched and tempered ball pre-treatment, the better. The steel machinability good, inexpensive, easy to source, but the drawback is the low hardenabilit
4、y, wear resistance is poor, large deformation hardening.This article will use the ANSYS finite element analysis of T8 steel heat treatment process simulation, heat treatment process computer simulation has speed, high efficiency, the results of vivid, heat treatment process can be integrated fully r
5、eflect changes in the characteristics of various laws. Experimental studies with the combination of the measured data can greatly expand the information provided to complete the tests do not even difficult to do research work. Many experts and scholars in the domestic use of MARC, ANSYS software for
6、 reality to simulate the heat treatment process, but also made a series of satisfactory results, simulation results and guidance on the production practiceKeywords: T8 Steel，ANSYS finite element analysis，Temperature field目 录1 绪论11.1 T8钢的基本结构和淬火工艺基础21.1.1 T8钢的基本结构21.2 淬火工艺基础31.3 淬火后组织分析42 ANASYS10.0热
7、分析52.1 ANASYS软件介绍52.2 热分析的目的52.3 热分析的基本理论52.3.1基本符号与单位52.3.2热传递的方式62.3.3热力学第一定律72.3.4热传导控制微分方程72.4 ANASYS稳态热分析82.4.1热载荷和边界条件的类型82.4.2稳态热分析基本步骤92.5 ANASYS瞬态分析112.5.1瞬态热分析特性112.5.2时间步长设置113 T8钢圆柱体有限元分析123.1问题描述123.2圆柱体加热及水淬温度场模拟求解步骤123.2.1定义分析文件名123.2.2定义单元类型123.2.3定义材料属性133.2.4建立几何模型133.2.5控制单元大小133.
8、2.6划分单元143.2.7设定求解选项143.2.8求解184 结果与分析194.1 加热194.1.1加热过程零件的温度场分布194.1.2加热过程中圆柱体上特殊点随时间的温度变化214.2 水淬234.2.1水淬过程零件的温度场分布234.2.2水淬过程中圆柱体上特殊点随时间的温度变化25结论28参考文献28致谢30291 绪论钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。钢是经济建设中极为重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的
9、工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体
10、加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将
11、淬火后的钢件在高于室温而低于710的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。T8钢的应用范围极为广泛：制作整体式M12螺栓冷镦模，淬火硬度57-59HRC,使用寿命可达6000件；用于制作冷镦货车车厢螺栓凹模，直径8.9mm90mm同心圆柱体，采用内孔喷水淬火，形成有利于提高疲劳抗力的表面硬化层，使用寿命可达2万次以上，而不喷水淬火的Cr12MoV钢使用寿命只有1000-2000次；用于制作柳钉模，淬火后硬度51-53HRC,模具使用寿命7000件，而淬火后硬度较大或较小，使
12、用寿命均较低；用于制作冲头，经碳化物超细化处理后低温淬火，冲头使用寿命比普通淬火处理提高10倍； 用于制作料厚3mm的冲裁模的凸、凹模和镶块，制作凸模时硬度选用58-62HRC,制作凹模时选用硬度60-64HRC；用于制作一般弯曲模的凸、凹模，凸模时选用硬度58-62HRC,制作凹模时选用硬度60-64HRC；用于制作一般弯曲模的凸、凹模和镶块，作凸模时选用硬度56-60HRC;制作凹模时选用硬度56-60HRC；用于尺寸小、形状简单、轻载荷的冷作模具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷镦模等，如小冲头、剪板机和剪刀等；货车车厢螺栓冷镦凹模，原采用Cr12模具钢制作，尽管凹模壁厚大40mm左右，
13、但在服役过程中常出现早期劈裂失效，模具使用寿命仅为0.1万-0.2万次。当改用T8A钢制作凹模，模具内孔采用喷水淬火，形成了有利于提高疲劳抗力的表面硬化层，凹模使用寿命可以达到2万次以上；T8模具钢冲头经碳化物微细化处理后低温淬火，可显著减少崩裂，使模具使用寿命提高10倍；适用于各种中小生产批量的模具和抗冲击载荷的模具；T8模具钢经8603h稀土硼共渗处理后，表面硬度为1622HV,渗层深度为9um；T8模具钢凸模经稀土硼共渗处理后，冲压件的毛刺数量明显减少，使成品质量和凸模使用寿命明显提高；采用淬火+高温回火球化处理新工艺，用于简单冲模、冲头、剪刃等，可比普通球化工艺节省20%时间，退火质量
14、好、效率高、耗能低，但操作略显麻烦；碳素工具钢仅适于制作尺寸不大、受力较小、形状简单以及变形要求不高的塑料膜记算机模拟热处理过程在生产产品和分析产品性质上日益突出其优。人们普遍使用计算机有限元法来计算某些极其复杂的产品的稳态和瞬态方面的问题。随着计算机技术的发展，很多有限元分析软件得到普及，其中最普遍的ANASYS准确性较高，实用性较强，得到很多方面的使用。本文通过综合考虑材料热物性参数、界面换热系数随温度的非线性变化对温度场的影响，对T8钢圆柱体水淬过程温度场变化进行了模拟计算。利用计算机辅助设计的强大计算能力和存储能力以及对图形的解读能力，在对一些工程和某些产品零件的分析上取得理想的成果和
15、效益。它是以计算机及其系统软件作为基础，包括方案设计、优化设计、有限元设计、仿真模拟及产品数据管理等内容1。1.1 T8钢的基本结构和淬火工艺基础1.1.1 T8钢的基本结构 钢铁是以铁和碳为主要组成元素的合金材料。钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属，其品种繁多、性能各异。T8钢是淬硬型塑料模具用钢。淬火回火后有较高硬度和耐磨性，但热硬性低、淬透性差、易变形及强度较低。用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，比如形状简单的模子和冲头、切削金属的刀具、打眼工具、木工用的铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等次要工具2。化学成份：T8碳素工具钢碳C：0.750.8硅Si：0.35锰Mn：0.40硫S：0.030磷P：0.035铬Cr：允许残余含量0.25、0.10(制造铅浴淬火钢丝时)镍Ni：允许残余含量0.20、0.12(制造铅浴淬火钢丝时)铜Cu：允许残余含量0.30、0.20(制造铅浴淬火钢丝时)注：允许残余含量Cr+Ni+Cu0.40(制造铅浴淬火钢丝时)1.2 淬火工艺基础钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度保温一段时间后使之全部或部分奥氏体
