熱處理工藝及仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：神伐木 創(chuàng)建時間：2023-11-19
熱處理工藝及仿真的視頻教程
Simufact成型工藝系列
，結(jié)合具體實例講述熱處理工藝仿真分析過程，包括熱處理變形后處理查看技巧 （第三講和第四講是全網(wǎng)絕版，獨一無二的課程，幫助大家快速熟悉相關(guān)知識）
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Icepak 熱仿真流程及前處理技巧介紹
有限元模型建立》 ▲點擊報名：https://www.yqgqt.org.cn/live/10913 第四節(jié)《Icepak 熱仿真流程及前處理技巧介紹（下）》 ▲點擊報名：https://www.yqgqt.org.cn/live/10914 通過本次課程幫助大家快速了解使用Icepak進行散熱仿真的流程、使用Icepak 進行散熱仿真的前處理工作及技巧。
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熱處理工藝及仿真的實例教程
精彩直播預(yù)告
金屬塑性加工工藝是一種常用的零部件成形制造工藝，常見的成形工藝有鍛造、沖壓、拉拔、軋制等等，這些工藝廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在以往，成形工藝的制定、創(chuàng)新，以及模具的設(shè)計都需要依靠大量的工程試錯進行迭代，從而優(yōu)化工藝參數(shù)、優(yōu)化模具設(shè)計，但時間與物料人力成本極高。
海克斯康工業(yè)軟件旗下Simufact Forming仿真軟件，能夠?qū)α悴考某尚芜^程進行仿真分析，預(yù)測成形過程中材料與模具設(shè)計的諸多問題，例如折疊、填充不滿、模具應(yīng)力分布等問題，助力工程師對工藝及模具進行優(yōu)化，同時軟件能夠進行熱處理工藝仿真分析，預(yù)測零部件在熱處理過程中變形、殘余應(yīng)力、相變的演化過程，對熱處理工藝的改善起到一定指導(dǎo)作用。
本期直播，海克斯康工業(yè)軟件工藝仿真專家將結(jié)合經(jīng)典行業(yè)案例展示成形及熱處理仿真方案，同時帶來全新模具壽命分析方案的介紹，歡迎預(yù)約報名！
展開 圖：焊接溫度結(jié)果
NO.3 熱處理及成形工藝仿真方案
熱處理及成形工藝仿真方案，可以實現(xiàn)感應(yīng)加熱、感應(yīng)淬火、水淬、油淬、端淬等淬火工藝、滲碳、退火、正火等熱處理工藝，以及冷鍛、熱鍛、輥鍛、自由鍛、碾環(huán)、馬杠擴孔、徑向鍛造、鈑金沖壓、折彎、旋壓、精沖、機械連接、軋制、擠壓等工藝仿真，而且在同一界面中可以實現(xiàn)成形-熱處理等任意工藝鏈的仿真。主要解決熱處理工藝及成形工藝中的變形、相變、相體積分數(shù)、滲碳層的厚度、碳質(zhì)量分數(shù)、應(yīng)力、微觀、材料流動、橢圓度、設(shè)備噸位等，通過對比分析，確定最終的工藝方案。
圖：Simufact 齒輪端淬仿真馬氏體體積分數(shù)分布
展開 本文主要對TC4-DT 鈦合金鍛造工藝、熱處理工藝、微觀組織和力學性能之間的關(guān)系進行了研究，利用光學金相組織觀察、力學性能測試等研究手段，總結(jié)出不同鍛造工藝和熱處理工藝對該合金的組織和性能的影響規(guī)律。
TC4-DT 作為適應(yīng)現(xiàn)代材料科學發(fā)展的一種損傷容限合金，必須具備良好的綜合力學性能。鈦合金的性能和其組織形態(tài)關(guān)系密切，鈦合金的組織形態(tài)往往是由冶煉與后續(xù)的鍛造工藝和熱處理工藝決定的。鈦合金的熱處理強化的基本原理，既與鋁合金相似，屬于淬火時效強化類型，又與鋼的熱處理相似，也有馬氏體相變。
TC4-DT 合金的力學性能主要由冶煉過程、鍛造過程和熱處理過程決定。通過不同的鍛造和熱處理工藝可以獲得不同顯微組織的TC4-DT 合金，以獲得最優(yōu)的強度、塑性、斷裂韌性，以滿足不同的使用要求。因此，探討TC4-DT 鈦合金的鍛造與熱處理工藝與顯微組織、力學性能之間的關(guān)系有著重要的意義。
TC4-DT 鍛造原材料
TC4-DT 原材料化學成分
鍛造用原材料(棒料)為西部超導(dǎo)提供的直徑d為300mm 的720℃退火態(tài)的車光棒，采用金相法測得該批TC4-DT 原材料的β 相變點為(970±5)℃。原材料化學成分見表1。
表1 TC4-DT 原材料化學成分(wt%)
TC4-DT 原材料超聲波探傷
由表2 可知，鍛造用TC4-DT 原材料超聲波探傷結(jié)果未見超標單顯，但雜波水平超標，φ1.2mm 平底孔半聲程雜波水平為-2dB ～+2dB，判定為組織不均勻造成的散射混響引起輕微的雜波水平超標。
表2 TC4-DT 原材料超聲波探傷標準
注：中心指示間距≤25.4mm；指示長度≤12.7mm。
TC4-DT 鍛件自由鍛工藝研究
鍛造工序后的鍛件尺寸要求見圖1，鍛造成形工步采用α+β 常規(guī)兩相區(qū)鍛造。
展開 目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備；3.消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)用要點：1.適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應(yīng)狀態(tài)不合格的原材料；2.一般在毛坯狀態(tài)進行退火 。
2.正火
操作方法：將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50度，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻。
目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備；3.消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)用要點：正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預(yù)先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對于一般中、高合金鋼，空冷可導(dǎo)致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。
3.淬火
操作方法：將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。
目的：淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。
應(yīng)用要點：1.一般用于含碳量大于百分之零點三的碳鋼和合金鋼；2.淬火能充分發(fā)揮鋼的強度和耐磨性潛力，但同時會造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進行回火以得到較好的綜合力學性能。
4.回火
操作方法：將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經(jīng)保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。
目的：1.降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；2.調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學性能；3.穩(wěn)定工件尺寸。
展開 DEFORM熱處理工藝 ￥2.99
此案例是一個齒輪的熱處理工序，包含淬火、滲碳、回火等過程。零件如圖1所示，考慮到零件的周期對稱特點，這里取半個齒進行分析，如圖2所示。 圖1 齒輪零件 圖2 半齒模型
5個階段熱處理方案如下：
（1）在550℃預(yù)熱半小時（1800s）；
（2）在850℃滲碳2h（7200s）；
（3）在100℃油淬火20min（1200s）；
（4）在280℃回火1h（3600s）；
（5）在空氣中冷卻1h（3600s）。
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熱處理工藝及仿真的最新內(nèi)容
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內(nèi)的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業(yè)設(shè)備耐候性等復(fù)雜現(xiàn)實場景，通過熱仿真技術(shù)，工程師能夠精準預(yù)測設(shè)計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產(chǎn)品的效率、可靠性與安全性，從而在研發(fā)早期快速調(diào)整設(shè)計方案，實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能表現(xiàn)。
Ansys應(yīng)用類系列網(wǎng)絡(luò)研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復(fù)雜熱管理問題中的實際應(yīng)用
化學鎳高光亮的配方是在傳統(tǒng)化學鍍鎳工藝的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化光亮劑組合和工藝參數(shù)實現(xiàn)的，如下成分和參數(shù)供大家參考:
一、基礎(chǔ)鍍液配方
主鹽與還原劑的摩爾比：鎳離子與次磷酸鈉需保持1:3-1:4，避免鍍液分解或鍍層粗糙。無光亮劑的鏡面反射率一般在30%-50%。
現(xiàn)代塑料產(chǎn)品設(shè)計為了追求功能集成與美觀，模具結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜。對嵌入件（Part Insert）而言，前處理—特別是網(wǎng)格制作—面臨巨大挑戰(zhàn)。多材質(zhì)射出成型（Multi-Component Molding，MCM）模擬最困難的地方在于不同材質(zhì)（如雙色模、金屬嵌件）之間的接觸面處理，其模擬的準確度往往取決于組件交界面的處理。
以往工程師常面臨兩難：選擇非匹配網(wǎng)格（Non-matching Mesh
納米噴鍍技術(shù)是一種通過噴涂方式將還原劑和鏡化反應(yīng)劑等藥劑噴灑到工件表面，在催化劑作用下發(fā)生化學反應(yīng)，形成均勻的納米級金屬鍍層。這項技術(shù)雖然被稱為"噴鍍"，但實際上是通過化學反應(yīng)實現(xiàn)金屬沉積，而非真正的物理噴涂過程。
一、技術(shù)原理與機制
1、基本工作原理
利用氧化還原反應(yīng)在物體表面形成納米級金屬鍍層。整個過程主要包括兩個關(guān)鍵步驟：活化處理和化學還原。
1.1
連桿作為發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)中的關(guān)鍵受力件，對強度、硬度、組織一致性以及尺寸穩(wěn)定性要求極高，一旦模鍛流線、殘余應(yīng)力或淬火冷卻控制不當，極易在后續(xù)機加工和裝配過程中暴露出質(zhì)量波動問題，影響裝機一致性與批量交付穩(wěn)定性。
從 1200℃ 模鍛到 850℃ 水淬，如何系統(tǒng)降低硬度離散、組織異常與淬火變形？
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應(yīng)。
目標
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
下面著重梳理了鋁合金從基礎(chǔ)的前處理到高端功能性處理的表面處理工藝分類、原理與特性，供大家參考分享:
