deform-3d热处理.doc

热处理模块实验
1. 生成一个新问题
2. 初始设置
3. 导入几何模型
4. 网格划分
5. 定义材料
6. 工件设置
7. 介质定义
8. 定义时间立程
9. 仿真设置
10. 进行仿真
11. 后处理
问题摘要：
在处理复杂的热传递问题时，热处理模块是一个非常方便的工具。这个实验将展示的是这个模块如何对一个刚构建进行渗碳，淬火，回火处理。这个实验同时能够帮助用户理解deform-ht’s在计算相变方面的能力。
1. 生成新的问题
开始一个名为“GearHT”的新的热处理问题。你也可以单击“New problem”按钮，选择“Heat treatment”。或者，你也可以右击导航树来创建一个空的目录，在主界面的右侧单击“HT”。

2. 初始设置
在“初始设置”对话框里，设置单位为国际单位。勾选“变形”，“扩散”和“相变”。点击下一步。

3. 导入模型
在“模型”页面里，选择“导入几何，key，或DB文件”，单击下一步。进入目录，载入模型文件。
4. 划分网格
在“划分网格”页面里，选择8000个非结构的网格划分。用结构面层的第一层，将“Thinkness mode”设置成“ratio to object overall dimension”，层厚设置成0.005。（结构面网格划分可以帮助我们利用更少的计算时间来获得更好的关于热学和散射的结果。）单击下一步。

5. 定义材料
在“材料”页面里，选择“Import form .DB and .KEY”点击下一步。从目录里导入材料“Demo_Temper_Steel.KEY”。
你可以单击“Advance”按钮来观察，编辑材料和转换数据。
注意这是一种由八种成分（相）组成的混合材料，包括奥氏体（A），珠光体+贝氏体（PB），马氏体（B），铁素体（F），低碳马氏体（LM），回火贝氏体（TB），回火铁素体+渗碳体（TFC）。相间的转换历程包括A_>F,A_>TB,A_>M,PB_>A,M_>LM,M_>A,LM_>TFC和TFC_>A。在这些转换里，A_>F,A_>TB,M_>LM和LM_>TFC是通过TTT曲线进行散射约束的。A_>M应用马氏体转换模型，PB_>A,M_>A,TB_>A和TFC_>A用简单的散射模型。另外，A_>F有一个取决于碳含量的平衡体积分数。

6. 工件设置
在“工件设置”页面，"Temperature"选择"Uniform"并设成20度。"Atom"选项里选择"Uniform"并设成0.2。对于"Phase volume fraction"，选择"Uniform"，将"Pearlite + Banite"设成1.0，其余设成0。

7. 介质定义
在“Medium details”页面里，你将定义不同的媒介和热传导区域二者之间的联系。
1） 将第一媒介重新命名为“Heating Furnace”，设置“default”热传导系数（HTC）设成常数0.1

2） 加入媒介“Carb. Furnace”（Carb. for Carburization）。设置“default”热传导系数（HTC）为常数0.05。

对于“Carb. Furnace”，把“Diffusion Surface Reaction Rate”设成0.0001。
3） 加入媒介“Oil”。勾选“Radiation”。将“default”的HTC设为5.5。
为媒介“Oil增加一个热传导区（Zone #1）。单击工件的边界，对于如下图所示就是单击工件的底部区域。注意，你需要用到左下方的窗口来调整选取模式。

对于Zone #1，如下表定义温度方程的热传导系数：

4） 再增加一个媒介“Air”。热传导系数为0.02。
8. 定义时间历程
在“Schedule”页面里，如下输入五个时间段。

1） 半个小时（1800s）预热至550度
2） 在850度的条件下进行两个小时（7200s）的渗碳处理。指定“Atom”接触为0.8
3） 100度的油淬火20分钟（1200s）
4） 280度回火30分钟（1800s）
5） 空气中冷却一小时（3600s）
9. 仿真控制
在“Step Definition”里，将"Temp. change per step"调整到2。默认其他选项。
接下来，需要像下图一样指定两个对称面。（注意这个几何模型画的是齿轮的半个齿）。用户需要在选取物体相应表面之前指定"symmetric planes"。

另外，由于要模拟出弹塑性变形，需要定义固定节点的边界条件。为了加载边界条件，选择一个边界条件选项然后施加到适当的节点上。对于这样模型来说，对称面提供了X,Y方向的约束和转动约束，我们只需要再约束Z方向即可。下图里我们约束了底部的一个节点。

接下来，单击“Finish“按钮生成关键字（.KEY）文件，数据（.DB）文件和并联操作控制（.MET）文件。

10. 开始仿真
退出热处理模块，单击主窗口里的"Run"。
11. 后处理
计算结束后，利用后处理来观察计算结果。温度历程如下如所示：

在后处理中，我们要观察以下结果：
1. 检查工件在用油淬火之后的状态。状态变量的结果可能根据含碳量，马氏体体积分数（M），铁素体（F），珠光体+贝氏体（PB）和残余应力的不同而不同。值得注意的是，齿面附近的M值高达0.77，最大等效应力是479KSI。（真实情况下如此高的应力可能导致断裂）
2. 回火后同样要查看状态变量。这时齿面附近的M值为0.2，大多数都转化为调制的铁素体+渗碳体（TFC）。最大等效应力减小到180KSI。
3. 另外，对于工件不同位置点的相体积函数追踪也可以帮助我们更好的理解渗碳和热处理过程中的复杂现象。
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8. （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
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