毕业设计（论文）-T8钢热处理过程温度场的数值模拟.doc

毕业设计T8钢热处理过程温度场的数值模拟学生姓名： 曲聪 学号： 112018219 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 娄菊红 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： T8钢热处理过程温度场的数值模拟 系部： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 1120182 19 学生： 曲聪 指导教师（含职称）： 娄菊红（副教授）1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解T8钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉T8钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS软件；掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2主要任务（1）制定T8钢热处理工艺。（2）模拟计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。（3）模拟计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。（4）分析热处理过程温度场分布对T8钢组织和力学性能的影响。（5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1 刘旭麟，高路斯，刘顺华，等.T8钢淬火热处理组织的计算机模拟研究J. 热加工工艺，2006，35（6）：44-46.2 王英杰，孙国宏. T8钢最佳预处理工艺的选择J. 热加工工艺，1995，（4）：55-55.3 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟J. 新技术新工艺，2008，（11）：97-99.4 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社，2007：230-3084进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1阅读文献，了解研究目的意义制定热处理工艺 3月 3日3月23日2软件学习，完成加热过程温度场计算 3月24日4月13日3完成冷却过程温度场计算 4月14日5月 4日4进行结果分析5月 5日6月 1日5完成撰写及答辩工作 6月 2日6月22日审核人： 赵跃文 2015 年 1 月 16 日T8钢热处理过程温度场的数值模拟摘 要：本文利用ANSYS有限元软件建立轴对称单元模型，通过对该模型施加温度载荷来模拟其热处理加热和冷却过程中某些时刻温度场的分布，并分析某些特定位置温度随时间的变化关系。结果表明，热处理过程中，温度场以中心处为圆心，呈同心圆状分布，逐级递增（减）。热处理过程开始时，外表面边缘处的升（降）温速度最快，中心处升（降）温速度最慢，其余位置的速度介于二者之间。工件整体升（降）温速度随着时间的增加逐渐下降。整个热处理过程中，工件中心和表面的温度差随时间的增加而减少。关键词：T8钢；热处理；温度场；有限元模拟Research on Numerical Simulation of Temperature Field on Heat Treatment of T8 SteelAbstract：The ANSYS finite element software was used to establish axisymmetric element model, and by adding temperature load to this model to simulate temperature field distribution at certain times in the heat treatment process of heating and cooling, and analyze the relationship of temperature of some specific positions with time change. The results show that in the heat treatment process, the temperature field is concentric mode distribution with the center as the center point and increase (decrease) progressively. At the beginning of the heat treatment, the temperature rising (decreasing) speed of the outside surface is the fast, and the center is the slowest and the speed of other places fall in between. The rate of temperature rising (decreasing) of the whole work piece decreases over time. In the whole treatment process, the temperature difference of the center and the surface of the work piece decreases over time.Keywords: T8steel; Heat treatment;Temperature field;Finite element simulation目 录1 绪论11.1 研究目的及意义11.2 国内研究进展11.3 研究的问题及方法22 ANSYS软件概述42.1 ANSYS热分析的基本原理52.2 ANSYS热分析的分类62.3 ANSYS热分析的功能62.4 ANSYS热分析的操作流程63 有限元模拟73.1 T8钢的热处理工艺73.2 有限元模型建立83.2.1 材料属性83.2.2 模拟计算83.3 结果与分析93.3.1 退火过程93.3.2 淬火过程183.3.3 回火过程264 结论32参考文献33致 谢34II太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 研究目的及意义T8钢是指含碳质量分数在0.75%0.90%，并含有微量的硅、锰、硫、磷、铬、镍、铜等元素的一种高碳钢，属于碳素工具钢，热处理后的硬度能达到6065HRC。因其热处理工艺简单，热加工性能较好，经济效益高，并且且热处理之后硬度和耐磨性有很大提高，在工业生产中应用广泛 1。T8钢的淬透性较好，淬火组织均匀，在实际操作中，常被用于制造承受一定冲击而要求较高的工具，如：钳工装配工具，中心孔铳和冲模、切削钢材用的工具，轴承、刀具虎钳牙，煤矿用凿等。但在加工过程中，刀具会因为与工件强烈摩擦而受损，其产生的热量会使温度升到600 甚至更高，极可能出现刃具崩刃或折断的现象，刃具的使用寿命便会受到直接影响2。值得注意的是T8钢含碳量高，塑性和韧性较差，若采取合适的热处理工艺，就可以避免材料在服役早期开裂或破碎 3。T8钢的普通热处理工艺有正火、球化退火、淬火和低温回火等。正火是为了消除二次渗碳体网，将组织结构变为珠光体和层状渗碳体；球化退火是为了使T8钢中的碳化物球化，降低硬度与强度，提高塑性与韧性，改善切削加工性能；淬火可将其组织结构变为马氏体，提高硬度与耐磨性；低温回火避免了回火脆性的产生，减小了淬火应力，强化了组织结构，提高了T8钢的塑性与韧性1。另外，在理论上对热处理过程温度场的解析非常困难。采用物理模拟方法对温度场进行研究也存在很大的局限性。而借助ANSYS软件不仅可以将热处理过程动态、逼真、恰当地模拟出来，还可以清晰直观地显示热处理过程任意时刻、任意节点的温度分布，具有很高的研究价值4。因此对T8钢热处理过程的温度场进行数值模拟，可以为优化热处理工艺、改善零件质量提供理论依据，进而指导生产实践。1.2 国内研究进展戴涛5对规则尺寸的T8钢冲头采用低温加热并控制其在过饱和氯化钙水溶液中停留时间的淬火方法, 避免了冲头的变形、开裂。王英杰6等对T8钢采用锻造后淬火加低温回火将锻造、淬火及磨削加工相结合，进行模锻余热淬火, 简化了最终热处理工艺,减少切削加工余量,提高了加工质量,从而满足了省时、节能、经济、高效的最佳要求。马仙7将热处理过程的物理现象和零件的几何造型有机的结合起来，通过计算机实现动态的、逼真的模拟。对淬火后应力分布规律、变形和开裂倾向进行预测与分析, 估计结构件的承载能力, 提高了结构的安全性。还总结了淬火过程数值模拟的研究方法和成果，并指出了进一步研究的方向和建议。朱圆圆8等利用ANSYS软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解, 得到了钢件淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿钢件内壁温度分布, 以及钢件上所选特殊点的温度分布，同时还建立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据, 为淬火过程中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。王能为9等分析并建立了T8钢形变球化退火机理。通过对试样加热到820840，保温10 min后进行热形变处理，然后再将试样加热到700，保温60 min后随炉冷却。在制得金相观察试样后，用扫描电镜观察，结果得到了比较理想的球化珠光体组织，克服了普通球化退火冷速慢、生产周期长、效率低的缺点。因此，通过形变球化退火热处理可以达到节能和提高生产效率的目的。目前，工具钢件锻造后仍广泛采用球化退火工艺，锻后空冷后进行球化退火。李晓理2等通过SEM，OPM及XRD等试验方法，研究了T8 钢组织和性能随球化退火时间、淬火温度及回火温度的变化。结果表明：T8 钢在600球化退火2 h 后，原始组织中的碳化物即可获得充分球化，以粒状形式细小均匀地分布在基体中，延长退火时间不显著改变碳化物的球化效果；试样经（77010）保温，6 min 油淬后，获得的隐晶马氏体组织硬度最高；试样经180210 回火1 h 空冷后，消除了淬火过程中产生的残余应力，最终获得有球状碳化物均匀分布的隐晶马氏体组织，回火试样硬度较淬火态略有下降。1.3 研究的问题及方法1、查阅相关文献和书籍，掌握钢的热处理原理，为T8钢制定适当的热处理工艺。2、学习ANSYS软件，熟悉该软件的基本操作，掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法。3、根据所制定的T8钢热处理工艺，用ANSYS软件模拟计算钢件热处理加热和冷却过程不同时刻的温度场及某些特定位置温度随时间的变化关系。4、对所得数据进行整理及分析。 2 ANSYS软件概述随着计算机技术的发展，ANSYS软件的应用也更加广泛。它集结构、传热、流体、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合及耦合求解10。ANSYS主操作窗口和隐藏的信息输出窗口如图2.1和图2.2所示。图2.1 ANSYS主操作窗口图2.2 ANSYS隐藏的信息输出窗口2.1 ANSYS热分析的基本原理热分析在许多工程设计中扮演着非常重要的作用，包括内燃机的设计，涡轮机的设计、热交换器、管道系统等。ANSYS进行热分析计算基本原理是首先把模型划分成有限元单元，然后根据能量守恒第一定律求解在一定初始条件和边界条件下每个单元的热平衡方程，计算出各单元的温度值，求解温度场分布或其他相关量10。原则上来说单元划分的越细小，模拟出来的结果就越精确。但是单元划分的太细会增加计算量，影响运算速度。一般在温度变化剧烈的局部网格划分的密一些，其他部位可以划分的简单一点。这样不但提高了模拟精度也提高了运算速度11。热分析中基本符号及国际单位见表2.1所示。表2.1热分析基础单位项目国际单位ANSYS代号长度m时间s质量Kg温度力N能量（热量）J功率（热流率）W热流密度W/m生热速率W/m导热系数W/m-KXX对流系数W/m-HF密度Kg/mDENS比热J/Kg-C焓J/mENTH根据热量传递机理的不同，将热传递方式分为热对流，热辐射和热传导三种。本文采用热对流的传热方式。热对流是指物体的表面与它接触的流体之间，由于温度差异而引起的热量交换，它可以分为强制对流和自然对流两类。并且，对流一般作为面边界条件施加。2.2 ANSYS热分析的分类根据时间变化对系统温度场的影响，将热分析分为稳态和瞬态两类。稳态热分析是一种用于确定稳态条件下的温度分布及其他热特性的热分析方式，其中，稳态条件指的是可以忽略热量随时间的变化。而瞬态热分析则是计算随时间变化的条件下，温度的分布和热特性。本文采用瞬态热分析的方法。2.3 ANSYS热分析的功能热分析过程主要计算一个系统或部件的温度分布及其他热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其他热物理参数12。2.4 ANSYS热分析的操作流程ANSYS软件具有多种有限元分析能力，包括简单线性分析和复杂非线性动态分析等，但主要的分析步骤大致有以下3步。1、创建有限元模型，包括创建或读入几何模型。定义材料属性和划分网格生成单元节点。2、施加载荷并求解，包括施加载荷、设置边界条件和进行求解计算。3、后处理查看分析结果，并对结果进行分析检验。3 有限元模拟3.1 T8钢的热处理工艺T8钢的普通热处理工艺可分为正火、退火、淬火和回火四种。正火是将钢加热至适当温度，保温后在空冷得到珠光体类组织的热处理工艺。其实质是完全奥氏体化加伪共析转变。正火可以改善低碳钢的切削加工性能，为球化退火做准备。退火是将钢加热至临界点以上或以下温度，保温后随炉缓慢冷却以获得接近于平衡状态的组织。其主要用途是均匀钢的化学成分及组织，调整硬度，消除内应力和加工硬化，并为淬火做好准备。根据加热温度可以分为：完全退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火和去应力退火。淬火是将钢加热至临界点以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。其目的是使工件获得尽可能多的马氏体，提高硬度和耐磨性。常用的淬火介质有水、盐水或碱水溶液及各种矿物油等。回火是将淬火钢在一定下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式冷却至室温的工艺过程。其主要目的是改善钢的塑韧性，减小或消除淬火应力。根据工件的技术要求，回火可分为高温回火、中温回火和低温回火。制定T8钢的热处理工艺，将试样加热至600球化退火，保温30min后空冷至室温；再将试样加热至770保温20min后20水淬，来获得高硬度的马氏体组织；然后将试样200低温回火1h后20水冷，消除淬火过程中产生的残余应力，获得有球状碳化物均匀分布的隐晶马氏体组织。其工艺曲线如图3.1所示。图3.1 热处理工艺曲线3.2 有限元模型建立3.2.1 材料属性由手册13查得T8钢的密度、比热容、导热系数和温度变化关系如表3.1所示。表3.1 T8钢的热物性参数温度（）密度（Kg/m）比热（J/Kg-）导热系数（W/m-）20784747740.72100782948937.49200780050934.35300776753631.97400773157330.04500769462627.80600765569921.39700761286021.397507604134724.31800759469517.94900753360019.263.2.2 模拟计算圆柱体工件底面半径R=0.02m，高h=0.05m。由于该T8钢热处理试样为圆柱体，为轴对称模型，故我们可以选取该圆柱的一旋转面，利用4节点轴对称单元PLANE75建立一个二维模型，使模拟过程得以简化。在建模过程中，以m为单位。划分网格的方式有很多种，本次模拟以尽可能的获得小正方形的标准划分网格。定义网格密度为0.001，具体划分是竖直方向划分50等份，水平方向划分20等份。网格划分结果如图3.2所示。图3.2 有限元模型施加温度载荷时，热处理加热过程对流边界的对流系数200 W/m-，模型的初始温度均为20，加热时间均为3600s；冷却过程，空气的对流换热系数110 W/m-，水的对流换热系数淬火1000 W/m-，回火6000 W/m-，冷却的最终温度均为20，冷却时间也是3600s。求解时间间隔为10s，输出控制选择每一步，求解。3.3 结果与分析3.3.1 退火过程 由设定的求解条件可以得到退火加热过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.3所示，并进行分析。图3.3 不同时刻温度场分布图（单位：）a.10s b.30s c.60s d.120s e.300s f.600s g.900s h.1200s i .3600s图 3.3 ai分别为T8钢在退火加热10s、30s、60s、120s、300s、600s、900s、1200s、3600s时的温度分布云图。由图3.3a可以看出在10s时工件表面温度迅速上升至83.6，而中心温度仅有39.2，二者相差44.4；由图3.3b可以看出在30s时，工件中心温度有了明显的上升，达到了99.2，表面温度则达到了148.9，二者相差49.7；由图3.3c可以看出在60s时，工件中心温度达到了225.7，表面温度180.4，二者相差45.3；由图3.3d可以看出在120s时，工件中心温度达到了301.9，表面温度336.7，二者相差34.8；由图3.3e可以看出在300s时，工件中心温度达到了483.1，表面温度498.3，二者相差15.2；由图3.3f可以看出在600s时，工件中心温度达到了571.0，表面温度575.5，二者相差4.5；由图3.3g可以看出在900s时，工件中心温度592.4，表面温度593.6，二者相差1.2；由图3.3h可以看出在1200s时，工件中心温度598.0，表面温度598.3，二者相差0.3；由图3.3i可以看出在3600s时，工件整体温度达到了600。从这些图中可以看出，温度场的计算机模拟可以直观形象的表达出在球化退火加热过程中，任意时间任意位置工件内部的温度随时间的变化情况。并且在加热过程中，工件温度不断上升且在任意时刻中心温度一直不高于表面温度，这完全符合实际生产。另外，随着时间的推移，二者的温度差也在逐渐缩小。温度场以中心点处为圆心，呈同心圆状分布，其数值由内向外逐级递增。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从20加热至600需要一个小时才可以使温度达标。将图片信息绘制成表3.2。表3.2 退火加热过程温度分布表时间（s）10306012030060090012003600最高温度（）83.6148.9225.7336.7498.3575.5593.6598.3600中心温度（）39.299.2180.4301.9483.1571.0592.4598.0600温度差（）44.449.745.334.815.24.51.20.30某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化如图3.5所示。图3.5 特殊点温度变化图（E为A、B、C、D四点的汇总图）时间（s）温度（）图3.5可知各点温度都随时间的延长而升高，只是速率不同。其中B点位于工件的边缘的顶点，起初其升温速度最快；A点位于工件中心线的最顶端，C点是外表面边缘的中心，二者升温速度相差不大；D点位于工件中心，开始时其升温速度最慢；并且其它位置的升温速率都介于B点和D点之间。如果想得到其他节点温度随时间的变化，只需在模型中选取相应节点即可。综上可得：工件上所有节点的升温速率都随时间的增加而逐渐减小。工件上与中心点距离相同的点的温度状态相同。由设定的求解条件可以得到退火冷却过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.6所示，并进行分析。图 3.6 af分别为T8钢在退火冷却过程中30s、60s、300s、600s、1800s、3600s时的温度分布云图。由图3.6a可以看出，在30s时工件表面迅速下降至558.9，中心温度为586.0，变化较小；由图3.6b可以看出，在60s时工件表面温度下降至534.8，中心温度561.8，相差27；由图3.6c可以看出，在300s时工件表面温度367.5，中心温度382.2，相差14.7；由图3.6d可以看出，在600s时工件表面温度下降至219.4，中心温度227.0，相差7.6；由图3.6e可以看出，在1800s时工件表面温度下降至37.8，中心温度38.3，相差0.5；由图3.6f可以看出，在3600s时工件整体温度接近于20。从这些图中可以看出，温度场的计算机模拟可以直观形象的表达出在球化退火冷图3.6 不同时刻温度场分布图（单位：）a.30s b.60s c.300s d.600s e.1800s f.3600s 却过程中，任意时间任意位置工件内部的温度随时间的变化情况。在冷却过程中，工件温度不断降低且在任意时刻中心温度一直不低于表面温度，这与实际生产相符合。温度场以中心点处为圆心，呈同心圆状分布，其数值由内向外逐级递减。另外，随着时间的推移，二者的温度差也在逐渐缩小。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从600空冷至20至少需要一小时才可以使温度达标。将图片信息绘制成表3.3。表3.3 退火冷却过程温度分布表时间（s）306030060018003600最低温度（）558.9534.8367.5219.437.820.4中心温度（）586.0561.8382.2227.038.320.4温度差（）27.12714.77.60.50某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化如图3.7所示。由图3.7可知各点温度都随时间的延长而降低，只是速率不同。其中B点是工件边缘的顶点，开始时其降温速度最快；A点位于工件中心线的最顶端，C点是外表面的中心，二者降温速度差异较小；D点位于工件中心，起初其降温速度最慢；并且其它所有位置的降温速率都介于B点和D点之间。如果想得到其他节点温度随时间的变化，只需在模型中选取相应节点即可。综上可得：工件上所有节点的降温速率都随时间的增加而逐渐减小。并且在与工件中心点距离相同的位置温度状况相同。图3.7 特殊点温度变化图时间（s）温度（）3.3.2 淬火过程 由设定的求解条件可以得到淬火加热过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.8所示，并进行分析。图 3.8 ah分别为T8钢在淬火加热30s、60s、300s、600s、900s、1200s、1800s、3600s时的温度分布云图。由图3.8a可以看出在30s时工件表面温度迅速上升至202.3，而中心温度仅有130.4，二者相差71.9；由图3.8b可以看出在60s时，工件中心温度上升至240.5，表面温度则达到了306.2，二者相差65.7；由图3.8c可以看出在300s时，工件中心温度达到了618.8，表面温度仅达到了646.3，二者相差27.5；由图3.8d可以看出在600s时，工件中心温度达到了737.0，表面温度742.5，二者相差5.5；由图3.8e可以看出在900s时，工件中心温度达到了749.6，表面温度753.0，二者相差3.4；由图3.8f可以看出在1200s时，工件中心温度达到了761.0，表面温度为762.6，二者相差1.6；由图3.8g可以看出在1800s时，工件中心温度768.5，表面温度768.8，二者相差0.3；由图3.8h可以看出在1200s时，工件整体温度达到770。图3.8 不同时刻温度场分布图（单位：）a.30s b.60s c.300s d.600s e.900s f.1200s g.1800s h.3600s 从这些图中可以看出，温度场的有限元模拟可以形象直观的表达出在淬火加热过程中，任意时间任意位置工件内部的温度随时间的变化情况。而且在加热过程中，工件温度不断上升,在任意时刻中心温度一直低于表面温度，直至二者温度相同，这与实际生产相吻合。另外，随着时间的推移，工件中心点处与外表面边缘的温度差也在逐渐缩小。加热过程中，温度场以中心点处为圆心，呈同心圆状分布，其数值从内向外逐级递增,并且每一级的节点面积从内向外逐渐减小。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从20加热至770至少需要一个小时。将图片信息绘制成表3.5。表3.5 淬火加热过程温度分布表时间（s）3060300600900120018003600表面温度（）202.3306.2646.3742.5753.0762.6768.8770.0中心温度（）130.4240.5618.8737.0749.6761.0768.5770.0温度差（）71.965.727.55.53.41.60.30某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化如图3.9所示。图3.9 特殊点温度变化图时间（s）温度（）由图3.9可知A、B、C、D四点温度都随时间的延长而升高，只是速率不同。其中B点是工件的边缘顶点，开始时其升温速度最快，温度变化最明显，但后来其速度逐渐降低；A点位于工件中心线的最顶端，C点是外表面边线的中心，二者升温速度几乎相同，温度状态也比较相近；D点位于工件中心，起初其升温速度最慢；并且其它所有位置的升温速率都介于B点和D点之间。当达到一定时刻后，D点升温速度最快，B点最慢。如果想得到其他节点温度随时间的变化，只需在模型中选取相应节点即可。还可以通过选取横向或纵向的节点，来观察某一时刻沿横向或纵向的温度分布。综上可得：工件上所有节点的升温速率都随时间的增加而逐渐减小。工件上与中心距离相同的点的温度状态相同。由设定的求解条件可以得到淬火冷却过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.10所示，并进行分析。图3.10 不同时刻温度场分布图（单位：）a.35s b.65s c.125s d.305s e.605s f.725s图 3.10 af分别为T8钢在淬火冷却过程中35s、65s、125s、305s、605s、725s时的温度分布云图。由图3.6a可以看出，在35s时工件表面迅速下降至260.4，中心温度为497.6，二者相差237.2；由图3.6b可以看出，在65s时工件表面温度下降至136.9，中心温度234.2，相差97.3；由图3.6c可以看出，在125s时工件表面温度43.6，中心温度60.1，相差16.5；由图3.6d可以看出，在305s时工件表面温度下降至20.2，中心温度20.3，相差0.1；由图3.6e可以看出，在605s时工件表面温度下降至20，中心温度20.0；由图3.6f可以看出，在725s时工件整体温度为20。从这些图中可以看出，在冷却过程中，工件温度不断降低且在任意时刻中心温度一直不低于表面温度，这与实际生产相符合。另外，随着时间的推移，二者的温度差也在逐渐缩小。温度场以中心点处为圆心，呈同心圆状分布，从内向外逐级递减。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从770水冷至20时只需13分钟，表明水冷的效果非常明显。将图片信息绘制成表3.6。表3.6 淬火冷却过程温度分布表时间（s）3565125305605725表面温度（）260.4136.943.620.22020中心温度（）497.6234.260.120.320.020温度差（）237.297.315.50.100某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化如图3.11所示。图3.11 特殊点温度变化图时间（s）温度（）由图3.11可知工件上各点温度都随时间的延长而降低，只是速率不同。其中B点是工件边缘的顶点，起初其降温速度最快后来逐渐降低；A点位于工件中心线的最顶端，C点是外表面边线的中心，二者降温速度相差不大；D点位于工件中心，刚开始时降温速度最慢并且逐渐升高；并且其它所有位置的降温速率都介于B点和D点之间。当达到一定时刻后，D点降温速度最快，B点最慢。如果想得到其他节点温度随时间的变化，只需在模型中选取相应节点即可。综上可得：工件上所有节点的降温速率都随时间的增加而逐渐减小。淬火后得到隐晶马氏体组织。3.3.3 回火过程 由设定的求解条件可以得到回火加热过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.12所示，并进行分析。图3.12 不同时刻温度场分布图（单位：）a.30s b.60s c.300s d.600s e.1200s f.1500s g.1800s h.3600s图3.12 ah分别为T8钢在回火加热30s、60s、300s、600s、1200s、1500s、1800s、3600s时的温度分布云图。由图3.12a可以看出，在30s时工件表面温度升高到63.5，中心温度变化缓慢，仅有47.7，二者相差15.8；由图3.12b可以看出在60s时，表面温度达到89.4，中心温度75.9，二者相差13.5；由图3.12c可以看出在300s时，工件心部温度有了明显的上升，达到了175.3，并且中心与表面的温度差很小；由图3.12f可以看出在1500s时，工件中心与表面温度近乎相同；在加热一小时后，工件整体达到200。从这些图中可以看出，在加热过程中，工件温度不断上升且在任意时刻中心温度一直不高于表面温度，这完全符合实际生产。另外，随着时间的推移，二者的温度差也在逐渐缩小。温度场以中心点处为圆心，呈同心圆状分布，从内向外逐级递增。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从20加热至200仅仅需要半个小时。将图片信息汇总制成表3.6。表3.6 回火加热过程温度分布表时间（s）30603006001200150018003600表面温度（）63.589.4178.2197.0199.9200200200中心温度（）47.775.9175.3196.6199.9200200200温度差（）15.813.52.90.40000图3.13 特殊点温度变化图（横轴表时间，单位s；纵轴表温度，单位）观察某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化。由图3.13可知各点温度都随时间的延长而升高，只是速率不同。其中B点是工件的边缘顶点，起初其升温速度最快；A点位于工件中心线的最顶端，C点是外表面边线的中心，二者升温速度相差不大；D点位于工件中心，开始时其升温速度最慢后来逐渐加快；并且其它所有位置的升温速率都介于B点和D点之间。如果想得到其他节点温度随时间的变化，只需在模型中选取相应节点即可。综上可得：工件上所有点的升温速率都随时间的增加而逐渐减小。由设定的求解条件可以得到回火冷却过程3600s内零件各部分的温度场分布, 选择不同时刻的温度场分布如图3.14所示，并进行分析图 3.14 ad分别为T8钢在回火冷却过程中30s、60s、600s、720s时的温度分布云图。由图3.14a可知，在30s时工件表面迅速下降至76.1，中心温度变化也较大。从图3.14c可以看出在600s时，工件整体温度明显下降，几乎全部达到20；在720s时，工件整体温度下降至20。从这些图中可以看出，在冷却过程中，工件温度不断图3.14 不同时刻温度场分布图（单位：）a.30s b.60s c.600s d.720s降低且在任意时刻中心温度一直不低于于表面温度，这完全符合实际生产。随着时间的推移，二者的温度差也在逐渐缩小。温度场以中心点为圆心，呈同心圆状分布，从内向外温度逐级递减。对于半径0.02m，高0.05m的T8钢工件从200水冷至20时只需12分钟，表明水冷的效果非常明显。观察某些特殊点A(0,0.025)、B(0.02,0.025)、C(0.02,0)、D(0,0)温度变化。由图3.15可知各点温