开题报告-45钢淬火温度场仿真分析.doc

毕业设计（论文）开题报告 题 目 45钢淬火温度场仿真分析 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 二O一五 年 二月 十日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。1、 选题的依据和意义45钢为优质碳素结构用钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。该钢硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板、梢子、导柱等。45钢在日常生活中有着极其广泛的用途，这种钢相对便宜且机械性能很好，所以被广泛应用于轴类零件、毛胚和材料以及模具修补等机械制造领域中。虽然这是一种中碳钢，硬度不够高，但是该钢若经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢。所以如果既需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。鉴于45钢在工业生产及生活中有着普遍的用途，为了更好的发挥45钢的潜力，使其在工业生产活动中扮演更重要的角色。本文将进一步地研究45钢淬火过程中的温度场分布，为精确计算淬火过程中的残余应力和实现淬火过程智能化控制提供科学的依据，故在此展开分析研究。2、 研究概况及发展趋势综述 45钢是近年来迅速发展起来的具有高性能的钢材品种之一，被广泛用于各个工业部门，是现代钢铁工业中的主产品。由于它具有较好的机械性能以及淬火后可获得所需的表面硬度，所以被广泛应用于轴类零件、毛胚和材料以及模具修补等机械制造领域中,在现代经济生活中有着不可替代的作用。 45钢发展趋势是以产品优质、高性能，资源、能源低消耗和环境保护为中心的，各国政府将钢材视为战略必争物资而对其发展予以规划、引导与支持。目前国内的冶钢技术虽然取得了长足的进展，但是仍距发达国家有一定的差距。如何节约资源、提高资源利用率以及提高材料性能减少成本仍是一个长期的课题。 淬火是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却，以大幅提高金属材料的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求的一门工艺。淬火过程涉及到材料科学、数学、弹塑性理论、传热学、流体力学等多学科的交叉，涉及到温度场、组织场、应力场及流场等多物理场的相互耦合。虽然每个学科都有各自成熟的理论，每个物理场都有各自相对独立的数学模型。但目前多学科的交叉和多物理场的相互耦合还没有成熟且统一的理论和模型，一直是科学研究的前沿和难点。因此，研究淬火过程具有重要的科学意义。 本文将采用abaqus软件对45钢在温度场中的淬火过程进行仿真模拟，以期获得实际淬火过程中工件的淬火温度、冷却速度变化等情况，为下一步的研究及工业生产提供理论依据。abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。abaqus包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具,abapus除了能解决大量结构（应力、位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透、应力耦合分析）及压电介质分析。数值模拟的优越性是很明显的。它虽然不能直接给出诸如相态分布、应力分布与工艺参数的函数关系;但它能对温度场一组织场一应力场进行祸合计算,给出每一瞬时的温度场、组织场等的信息,并直接观察到其在过程中变化的情况。淬火冷却过程计算机模拟今后的发展趋势，一是进一步完善各个场量之间相互耦合的数学模型，完善各个场量计算中的物性参数的非线性问题的处理，并编制出适应广泛的计算机应用程序。二是向工业生产领域的实际应用渗透，并研制出可根据对工件的组织和性能需要，进行在线控制的淬火工艺计算机控制系统。另外，对淬火过程中淬火剂内部流场的瞬态计算模拟研究，也将成为淬火过程计算机模拟的又一个重要的发展趋势。3、 研究内容及基本思路本文采用Abaqus有限元软件对45钢淬火进行仿真评估。基于Abaqus有限元软件，根据45钢工件轴对称件的结构特点，对其进行边界条件、初始条件的设置及网格的划分，建立了轴对称件热处理过程的热力耦合模型。模拟计算了轴对称件加热、淬火转移及淬火冷却三个温度场过程。并且对45钢工件热处理过程进行多场耦合模拟计算，研究了边界条件、介质及其温度及工件的壁厚等因素对工件淬火冷却速率的影响规律，并为淬火研究残余应力提供了宝贵的理论数据。 4、 工作进度安排1. 外文翻译 2周 2. 查阅资料，完成开题报告 2周 3掌握ABAQUS的分析应用 3周4熟悉淬火工艺过程温度场的耦合模型 4周5进行仿真模拟并分析温降规律 4周 6. 分析结论并撰写论文 2周7. 毕业设计审查、毕业答辩 1周五、主要参考文献1 T. Inoue . Transformation of austenite at constant sub-critical temperatureJ，Trans AIME Iron and Steel Division，1978，90：177-1542 E.S. Davenpor，E. C. Bain.The transformation of austenite by continuous cooling，Trans ASMJ，1980，29。3T. Inoue，K. Tanaka. Elastic-plastic analysis of quenching with the consideration of phase transformationJ，J. Soc. Mat. Sci.，1973，22：218-2234T. Inoue，Z. Wang，Coupling between stress ，temperature，and，metallic structures during processes including creep and changesJ，Computer & Structures，1981，13：771-7795刘庄，吴肇基，吴景之，等。热处理过程的数值模拟M，北京：科学出版社，1996：6O6胡明娟，潘健生，淬火过程的计算机模拟，金属热处理，1987，8：25-327张立文，淬火过程温度场的计算机模拟，航空制造工程，1997，3：30-318顾剑锋，淬火应力场模拟的研究与表面换热系数的测算D，上海交通大学，19989殷雯，雷宏. 对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟.集美大学学报，1998(3).10刘春成. 大型锻件淬火过程的试验研究和数值模拟：D. 北京： 清华大学机械11X. Yao，M. Hu，J. Li，J. Gu，Transient Temperature and Internal Stress Analysis of Quenched Centric