淬火模擬的案例
用DEFORM模擬感應淬火工藝過程
用DEFORM模擬感應淬火工藝過程
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背景
電磁感應淬火是廣泛采用的表面強化技術之一。電磁感應淬火工藝過程涉及多種物理場的復雜耦合，包括電磁場、溫度場、組織場和應力應變場等。電磁感應淬火工藝方案設計需要綜合運用多學科理論與知識，難度非常大，而且對于新產品的感應淬火問題，往往需要進行反反復復的試驗，周期長、成本高，大大影響了電磁感應淬火工藝應用的綜合效果。
DEFORM是一款專業金屬成形及熱處理工藝仿真軟件，三十多年來的工業實踐證明了軟件的準確性和穩定性。DEFORM軟件領先行業同類軟件，率先具備感應淬火和電阻加熱等高級分析功能，真正實現了同一平臺下多種物理場的耦合計算，幫助設計人員進一步認識和了解感應淬火工藝過程，優化工藝方案。
DEFORM軟件可以采用有限元（FEM）和邊界元（BEM）等兩種方法模擬感應淬火工藝過程，如下圖所示：
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應用案例
案例一：曲軸坯料感應加熱
該案例為曲軸坯料的預熱過程模擬，借助DEFORM軟件邊界元法模擬整個感應加熱過程，準確獲得工件溫度場及相組織體積分數，為設計人員工藝優化設計提供理論依據。坯料溫度場分布如下圖所示：
案例二：軸感應淬火
該案例模擬軸零件感應淬火工藝過程，軸首先奧氏體化，然后通過噴水冷卻方式實現表面硬化。軸感應淬火溫度場及馬氏體體積分數分布如下圖所示：
案例三：直齒圓柱齒輪感應淬火
該案例為直齒圓柱齒輪感應淬火仿真分析，感應線圈繞軸線旋轉，使輪齒均勻加熱。感應加熱過程中齒輪先奧氏體化，冷卻過程中轉變為馬氏體。
展開 DEFORM感應淬火模擬仿真技術及新功能
電磁感應淬火是廣泛采用的表面強化技術之一。電磁感應淬火工藝過程涉及多種物理場的復雜耦合，包括電磁場、溫度場、組織場和應力應變場等。電磁感應淬火工藝方案設計需要綜合運用多學科理論與知識，難度非常大，而且對于新產品的感應淬火問題，往往需要進行反反復復的試驗，周期長、成本高，大大影響了電磁感應淬火工藝應用的綜合效果。
DEFORM是一款專業金屬成形及熱處理工藝仿真軟件，三十多年來的工業實踐證明了軟件的準確性和穩定性。DEFORM軟件領先行業同類軟件，率先具備感應淬火和電阻加熱等高級分析功能，真正實現了同一平臺下多種物理場的耦合計算，幫助設計人員進一步認識和了解感應淬火工藝過程，優化工藝方案。
大咖慧網絡培訓
2023年3月29日-31日，安世亞太推出工藝仿真專題仿真免費線上培訓，專題講座包含：Deform感應淬火、旋轉加工成形仿真和Tribo-x摩擦潤滑仿真，不容錯過。
展開 simufact感應淬火模擬
之前總是有人問到感應加熱怎么模擬，恰好這段時間對感應淬火做了幾個模擬的案例，發上來大家參考一下。 感應加熱主要是通過電磁場來對工件進行快速加熱的一種方法，對于其模擬來說，有幾種方法，一種是做電磁場與溫度場的耦合，常見的有通過其多物理場耦合軟件來做的，但是這種方法有些不妥，因為實際中感應加熱往往都是在感應淬火，同時有加熱和冷卻兩個過程同時進行，而且一般我們需要知道感應淬火之后工件的變形趨勢以及應力分布，最好還能有其中的組織場分布，如果把模型做成電磁場、溫度場、應力場及組織模擬的話，模型的復雜程度會很大，計算所需時間也比較久。 所以，如果我們需要知道輸入的電流、電壓、頻率對感應加熱的影響，我們可以做一個電磁場與溫度場的耦合計算。而從實際考慮，一般我們知道感應淬火層的深度，而simufact軟件中恰好提供了一個near contact的設置，我們可不可以將感應加熱簡化為接觸換熱呢？這樣不需要考慮電磁場，模型就能簡化了，這樣我們就能在simufact軟件中實現溫度場、應力場及相變的仿真了。 選擇的是simufact軟件自帶的22MnCr5材料，是一個復合相的材料，從jmatpro中導入過來的，所以材料中不同相的屬性是單獨的曲線數據，且有cct和ttt數據，進行相變仿真再好不過了。
有了這么強大的材料模型，下面來看我們算出來的結果。下面的那個是感應裝置，上面的圓為冷卻裝置。底部為推動工件前進的操作機。采用simufact接觸表里面的near contact來設置感應加熱深度。這里的距離是以加熱裝置內表面為基準。
我們假設材料初始相成份組成為90%鐵素體及10%珠光體
在軟件中加大接觸換熱系數，達到快速加熱工件，冷卻構件的接觸換熱系數也增大，同樣的道理。
下面放上結果動畫，下圖為溫度。為了快速得到計算結果，網格劃分的比較粗。
展開 DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[3D ] ￥9.99
之前介紹了一個感應加熱同時進行淬火2D的一個例子。
DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[2D ]
后臺有同學需要3D的例子，其實和2D差不多，所不同的是3D的感應線圈需要設置電流出入口。
此示例同樣需要一個額外的 DAT 文件 (DEF_INDH.DAT)，與2D內容一樣。
本次材料和DAT文件與2D案例一樣。
要點：
感應加熱3D
淬火
溫度窗口的使用
1 模擬控制設置
跟往常一樣，新建一個項目，進入前處理，然后進入模擬控制窗口，勾選相轉變和感應加熱模式?？偛綌翟O置110步，5步一存，步長0.1s/step也就是說整個模擬過程持續11s。
2 建立對象
添加2個對象，分別為坯料和感應線圈。
2.1 坯料設置
坯料由于考慮熱應力，故設置成彈塑性體，材料選擇AISI-1080。需要注意的是計算感應加熱時，坯料和線圈均需要設置電/磁參數。另外，計算熱處理相轉變需要有各個相以及相轉變熱力學、動力學模型。
導入坯料幾何模型，本次通過文件方式導入。
給坯料劃分網格，為了演示劃分16000個網格，實際計算時可酌情進行局部細化。
邊界條件設置。首先是固定邊界條件，將底部x，y，z方向固定。
設置換熱邊界條件，除了設置常規的換熱邊界條件外，還需要設置一個額外的淬火窗口(傳熱窗口),點擊Env.Windows，然后進入窗口定義，設置成矩形框，輸入坐標進行矩形框繪制。
展開 
DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[2D ] ￥10
本次介紹一個感應加熱同時進行淬火的一個例子。加熱線圈以指定的功率啟動加熱過程，并開始以指定的速度沿工件移動。工件的表層會在短時間內升溫并發生相轉變。緊接著通過設置一個在淬火窗口（熱交換窗口）對已升溫部分進行淬火。加熱過程使得表面層轉變成奧氏體相，而淬火過程立即將這些表面層冷卻成馬氏體相。
先看結果
溫度變化
奧氏體含量
馬氏體含量
從以上結果可以看到，感應線圈所在區域的溫度最高可達1000度以上，珠光體轉變成奧氏體，隨著感應線圈的移動，坯料不同部位發生珠光體向奧氏體的相轉變。由于淬火窗口緊隨著感應線圈移動，淬火窗口經過之處，坯料表層原本的奧氏體區發生馬氏體相變。由于淬火窗口冷卻速度快了點，故馬氏體轉變不夠徹底。
此示例需要一個額外的 DAT 文件 (DEF_INDH.DAT)，文件中中第一行“0”表示需要使用邊界元素技術（BEM），第二行“5”表示需要計算電壓的步長。親測沒有這個文件計算結果差別有點大。
要點：
感應加熱
淬火
溫度窗口的使用
1 模擬控制設置
跟往常一樣，新建一個項目，進入前處理，點擊2D模式，然后進入模擬控制窗口，勾選相轉變和感應加熱模式?？偛綌翟O置200步，5步一存，步長0.1s/step也就是說整個模擬過程持續20s。
2 建立對象
添加3個對象，分別為坯料和上下模。
2.1 坯料設置
坯料由于考慮熱應力，故設置成彈塑性體，材料選擇AISI-1045-trans。需要注意的是計算感應加熱時，坯料和線圈均需要設置電/磁參數。
展開 基于MS的forcite模塊模擬水分子在云母表面吸附行為
Forcite Plus 是一款分子力學和分子動力學模擬程序。它可以對分子、表面或三維周期性材料體系進行快速的能量計算、幾何優化以及各種熱力學條件下的動力學模擬研究，可以分析材料體系的各種結構參數、熱力學性質、力學性質、動力學性質以及統計學性質。主要應用于有機、無機小分子、有機金屬絡合物、 高分子聚合物、納米及多孔材料、部分金屬、金屬氧化物晶體及晶體表界面結構的研究。
Forcite Plus的主要功能
能量計算 吸附熱，表面能等結構優化 優化原子坐標和晶胞參數，支持原子笛卡爾坐標和晶胞參數的限定，可以添加外應力（等靜壓）模擬淬火 將動力學模擬和結構優化相結合，輔助掃描勢能面，尋找最優的分子構象、吸附構象等 。
模擬退火 基于不同溫度點的動力學模擬，實現體系的反復升、降溫過程，輔助掃描勢能面，尋找最優的分子構象、吸附構象等
水分子與云母（mica_2d）建模優化過程
首先在晶體庫中導入云母分子并且利用Amorphous Cell模塊建立密度為1g/cm3的水分子晶格常數和云母分子設為一致，以便之后進行接合建模。
展開 電磁爐加熱水分析—電磁 熱 結構耦合分析
多物理場分析能夠更全面的展示一些設備的多個輸入因素導致的相互作用，電磁爐的耦合場分析可以應用于模擬淬火加熱零件、電機受力、雙金屬片彎曲等相關的電、熱和結構耦合的分析，能夠獲取相關的溫度、變形、線圈參數等需要的關鍵數據。
另外workbench的多物理場仿真能夠更好的共享模型和模型網格，通過讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數據，使計算快速準確，使仿真能夠顯著的減少實驗次數，提高準確度，并縮短產品開發時間。
電磁爐加熱水—電磁 熱 結構耦合分析
多物理場分析能夠更全面的展示一些設備的多個輸入因素導致的相互作用，電磁爐的耦合場分析可以應用于模擬淬火加熱零件、電機受力、雙金屬片彎曲等相關的電、熱和結構耦合的分析，能夠獲取相關的溫度、變形、線圈參數等需要的關鍵數據。
另外workbench的多物理場仿真能夠更好的共享模型和模型網格，通過讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數據，使計算快速準確，使仿真能夠顯著的減少實驗次數，提高準確度，并縮短產品開發時間。
AutoCAE蘇州辦事處招聘-金屬成形CAE軟件技術支持工程師，銷售經理
AutoCAE是俄羅斯QForm軟件授權合作伙伴，QForm是一種基于鍛造工藝的模擬仿真軟件，可以幫助客戶解決鍛件設計制造過程的工藝設計驗證和優化問題、以及鍛模的設計制造等技術難題。QForm軟件可以模擬各種金屬塑性成形工藝：包括冷、熱模鍛，自由鍛，環軋，輾輪，輥鍛，軋制，楔橫軋，螺旋軋制，型材擠壓，旋壓，液壓成形，板材成形，擺碾和粉末鍛造等。另外還可以模擬熱處理過程中的熱彈塑性問題。可以導入鑄造模擬軟件的模擬結果。
AutoCAE作為美國DANTE Solutions, Inc中國區合作伙伴，為國內熱處理行業用戶提供最為專業的Dante熱處理仿真軟件、技術支持和熱處理仿真過程工程咨詢。Dante軟件用于模擬各種淬火（浸入、氣體、模壓等）、滲碳、回火等熱處理工藝過程，得到零件的應力、晶相、變形等分析結果，預測熱處理過程中的缺陷，指導熱處理工藝優化。
AutoCAE秉承“Really Customer Focused”的服務宗旨，一如既往得為客戶提供專業的CAE軟件和技術服務。
展開 帶內螺紋精密零件的熱處理畸變有限元仿真
摘 要：帶內螺紋的精密零件在經歷淬火-低溫回火的熱處理后發生了輕微的畸變，但是對于精密工程而言(如火箭發動機等),這些輕微畸變將會導致后續在裝配過程出現無法裝配的嚴重后果。使用有限元軟件及其子程序，考慮了應力影響相變和相變塑性，計算得到了熱處理過程中的溫度場、應力應變場，以及熱處理后的殘余應力分布和零件畸變，該畸變與生產過程中的裝配結果所顯示的畸變基本一致。針對裝配困難問題，結合數值模擬分析結果，提出了一些改進生產工藝控制零件畸變的建議。
關鍵詞：內螺紋;熱處理畸變;淬火-回火;有限元仿真;
熱處理對于鋼制零件的加工來說是一個非常重要的最終加工工藝，被用來改進材料的力學性能[1]。熱處理之后，材料的性能會發生變化， 零件也可能產生畸變。在工業生產領域，對于測量這些畸變，花費了大量人力財力，提出了許多方法，但是目前仍很難準確地預測熱處理畸變。有限元仿真方法通過基于物理模型的數值計算可以給出每一個時刻的應力應變場、溫度場和組織場，給企業科研人員的生產決策提供理論基礎，在熱處理研究中越來越成為強有力的分析工具。
控制零件的性能和形狀是熱處理的首要目標。當前很多學者對熱處理過程的有限元分析做了大量的工作。日本的Gur and Tekkaya開發了有限元新模型用來計算軸對稱零件的溫度場和應力應變場[2]。Caner Simsir等使用三維有限元軟件模擬了淬火過程，并且研究了考慮殘余應力對軸對稱零件熱處理過程數值計算的影響[3]。Fukumoto等[4]通過ABAQUS軟件對螺旋齒輪的滲碳和淬火過程的畸變進行了研究。Lee等[5]研究了熱處理過程的力學性能變化，并使用ABAQUS軟件對HSLA鋼的熱處理過程進行了有限元仿真。
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