20钢圆柱体油淬过程温度场模拟

20钢圆柱体油淬过程温度场模拟摘要：现代工业生产中，对20钢热处理前后组织和性能进行分析，20钢的性能强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。通过计算机进行有限元分析，对20钢圆柱体的加热过程建立各个时间温度场分布图，再对其油淬过程建立各个时间的温度分布图，并对20钢圆柱体上特殊点做出温度随时间变化的曲线图，结果表明，20钢热处理中，加热过程与油淬过程温度场都先由外向内变化，加热过程温度由外向内逐层增高，油淬过程温度由外向内逐渐降低，最后达到加热温度和油淬用淬火油的温度。关键词：20钢，有限元分析，热处理，温度场Simulationof20steelcylinderoilquenchingtemperaturefieldAbstract：Inmodernindustrialproduction.20steelmicrostructureandpropertiesbeforeandafterheattreatmentwereanalyzed,modernindustrialproduction,theperformanceof20steelstrengthsteelisslightlyhigherthanthe15th,withlittlequenching,notemperbrittleness.Colddeformationonthecrack-proneplastichigh,usuallyforbending,weldingperformancerolling,curvededgesandhammerarchprocessing,andexposuretoweldingarcwhenweldingthin,form-criticalorcomplexshapeparts.Machinabilitycolddrawnannealedornormalizedstatethanthegood,generallyusedinthemanufacturediscontinuitylargeandtoughnessrequirements.Thehigh-qualitylow-carbonsteeliscarbonsteel,coldextrusion,carburizinghardenedsteel.Thesteellowintensity,toughness,ductilityandweldabilityaregood.Thefiniteelementanalysisbycomputer,theheatingprocessonthe20steelcylindertoestablishdistributionatdifferenttimetemperaturefield,thetemperaturedistributionoftheoilquenchingprocesssetupeachtime,thegraphandthespecialpointsonthe20steelcylinderwithtimechangetemperature,theresultsshow,the20steelheattreatment,changethetemperaturefieldandoilquenchingarefromoutertoinnerheating,temperatureoftheheatingprocessbytheoutsidelayertoincreasetheoilquenchingprocess,thetemperaturedecreasesgraduallyfromoutsidetoinside,andfinallyachievetheheatingtemperatureandoilquenchingtemperature.Keywords:steel20,finiteelementanalysis,heattreatment，temperaturefield目录1绪论.11.1研究目的和意义.11.2研究的现状.12ANSYS软件.42.1ANSYS简介.42.2ANSYS软件组成.43数值模拟过程.83.1模拟方案的确定.83.2加热过程.83.2.1模拟过程中用到的参数.83.2.2构建数学模型.93.2.3网格划分.113.2.4施加载荷与求解.133.2.5后处理.183.3油淬过程.183.3.1模拟过程中用到的参数.183.3.2油淬过程构建数学模型及网格划分.193.3.3施加载荷与求解.193.3.4后处理.224数值模拟的结果和分析.244.1加热过程.244.1.1不同时刻的温度场分布.244.1.2特殊点温度随时间的变化.294.2油淬过程.314.2.1不同时刻的温度场分布.314.2.2特殊点温度随时间变化.34结论.38I参考文献.39致谢.4001绪论1.1研究目的和意义淬火是实现工件组织结构优化的一个重要手段，也是机械行业的一项重要基础技术，它对于提高和控制材料的性能，充分发挥材料的性能潜力，节省原材料，减少能耗，提高产品的可靠性，延长其使用寿命，并提高生产单位的经济效益等都具有十分重要的意义1。实际钢铁件在冷却过程中发生由奥氏体向马氏体或珠光体的转变,由于工件结构和淬透性的不同,各层发生转变的温度和形成的组织是不同的2。因为转变后形成的组织的复杂性,一些计算所需要的材料参量和边界条件难于选择和测定。实际工件尺寸往往很大,所建模型的正确性难于验证。但随着计算机技术的迅速发展，淬火过程的计算机模拟越来越受到人们的重视，已成为当今淬火过程研究和淬火工艺设计中不可必少的重要方法。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。我们用有限元软件ANSYS模拟计算20钢圆柱体油淬过程中三维温度场的变化。建立轴对称有限元模型，模拟计算20钢热处理加热及油淬过程温度场分布，从而确定加热保温时间；分析热处理前后20钢组织与力学性能的变化，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。1.2研究的现状20钢是一种优质碳素结构钢，化学成分为碳C：0.17%0.24%，硅Si：0.17%0.37%，锰Mn：0.35%0.65%，硫S：0.035%，磷P：0.035%，铬Cr：0.25%，镍Ni：0.25%，铜Cu：0.25%。20钢的淬火温度一般在铁碳相图Ac3以上30摄氏度到50摄氏度之间。强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧1焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为355500MPa，伸长率24%。正火可促进该钢球化，细化大块状先共析铁素体，改进小于160HBS毛坯的切削性能。该钢模具零件工艺路线为：下料锻造模坯退火机械粗加工冷挤压成型再结晶退火机械精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。参考对应钢号我国GB/JB的标准钢号是20、我国台湾CNS标准钢号S20C、德国DIN标准材料编号1.0402、德国DIN标准钢号CK22/C22、英国BS标准钢号IC22、法国AFNOR标准钢号CC20、法国NF标准钢号C22、意大利UNI标准钢号C20/C21、比利时NBN标准钢号C25-1、瑞典SS标准钢号1450、西班牙UNE标准钢号F.112、美国AISI/SAE标准钢号1020、日本JIS标准钢号S20C/S22C3。普通淬火温度选择在AC3+3050，而对于20钢，属于低碳钢，淬火后不容易得到马氏体组织，所以淬火加热温度可选择AC3+4070，较高的温度可增加钢的淬透性，但同时会降低韧性、增大变形。如果采用表面淬火，由于AC1、AC3等的临界点均随着加热速度的增大而增高：又由于感应加热没有保温时间，要完成奥氏体中碳浓度的均匀化，只有依靠升高温度，因此淬火温度比已经提高了的温度还要高（AC3+70100)。这样形成的奥氏体晶粒更加细小。感应加热不适用于高硬度、高耐磨和高的接触疲劳强度的零件，也不适用于工模具零件4。本文对20钢的加热和淬火为研究对象，利用ANSYS软件建立轴对称有限元模型，模拟计算20钢热处理加热及油淬过程温度场分布，从而确定加热保温时间；分析热处理前后20钢组织与力学性能的变化，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。具体要模拟的是20钢加热过程某些时刻的温度场分布及圆柱体上特殊点的温度随时间的变化关系；模拟20钢油淬过程某些时刻的温度场分布及圆柱体上特殊点的温度随时间的变化关系。20钢在热处理后组织发生的变化，首先在加热过程中，由于20钢属于亚共析钢，且设置的加热温度在AC3以上，所以20钢的组织由珠光体和先共析铁素体完全转变为全奥氏体组织，且分布较均匀。在加热后，用油淬的方式对20钢进行淬火，目的是为了得到马氏体组织，由于用油淬虽然冷却速度小于水，但也可大大减小淬火钢件的变形、开裂倾向，20钢碳含量小于0.5，热处理后得到的组织主要为板条状2马氏体，这种组织具有较高的强度，良好的塑性和韧性。32ANSYS软件2.1ANSYS简介ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,IDEAS,AutoCAD等,是现代产品设计中的高级CAD工具之一57。2.2ANSYS软件组成软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出57。（1）前处理模块PREP7双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。实体建模:ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的4建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。网格划分:ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。（2）求解模块SOLUTION前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘，退出Preprocessor，点击实用菜单项中的Solution，进入分析求解模块。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。ANSYS软件提供的分析类型如下：结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。动力学分析5ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。声场分析程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。压电分析用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。（3）后处理模块POST1和POST26ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。通用后处理模块POST1点击实用菜单项中的“GeneralPostproc”选项即可进入通用后处理模块。这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上6的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。时间历程响应后处理模块POST26点击实用菜单项中的TimeHistPostpro选项即可进入时间历程响应后处理模块。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其它量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，POST26还可以进行曲线的代数运算8。73数值模拟过程3.1模拟方案的确定本试验采用ANSYS14.0有限元分析软件，对20钢的加热和油淬过程进行温度场模拟。模拟方案如下：第一步：建立工作文件名和工作标题第二步：定义单元类型第三步：定义材料性能参数第四步：创建几何模型，划分网络第五步：加载求解第六步：查看求解结果3.2加热过程3.2.1模拟过程中用到的参数根据铁碳合金相图，确定20钢的加热温度为AC3以上40-70，确定了加热温度为900，而空气的对流换热系数为10W/(m2)。而20钢的具体数值可见表3.19：表3.120钢具体参数温度10020030040050060070080010001200热导系数50.6648.5742.2841.0337.6834.3331.427.6330比热450469536569648695700密度7800/m383.2.2构建数学模型通过分析发现20钢圆柱体是一个轴对称物体，可以取纵截面的二分之一为研究对象。（1）定义单元类型选择MainMenu/Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete命令，出现ElementTypes对话框，点击Add，在LibraryofElementTypes选择ThermalSolid/Quad4node55，点击OK关闭对话框。点击Options，出现PLANE55elementtypeoptions对话框，在Elementbehavior选项下选择Axisymmetric，点击OK关闭。（2）定义材料性能参数选择MainMenu/Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels命令，出现DefineMaterialModelBehavior对话框。在Thermal下依次输入材料密度、比热、导热系数（20钢密度为7800Kg/m3）。在DefineMaterialModelBehavior对话框中选择Material/Exit命令，关闭该对话框。(3)创建几何模型选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Rectangle/ByDimensions命令，出现CreateRectangleByDimensions对话框。参照图3.1进行设置。图3.1生成一个轴对称的矩形3.2.3网格划分9（1）选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/SizeCntrls/ManualSize/Global/Size命令，出现GlobalElenentSizes对话框，在SIZEElementedgelengths输入框中输入0.001，单击Ok键关闭该对话框。（2）选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh/Areas/free命令，出现MeshAreas菜单，选择生成的矩形面，单击Ok按钮关闭该菜单。（3）选择UtilityMenu/Plot/Elements命令，网络划分后的结果如图3.2所示。图3.2网格划分完成图3.2.4施加载荷与求解（1）选择MainMenu/Solution/AnalysisType/NewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框，选择分析类型为Transient。单击Ok按钮，出现TransientAnalysis10对话框在TRNOPTSolusionmethod单选框中选择Full，单击OK按钮关闭该对话框。（2）选择MainMenu/Solution/AnalysisType/SolnControls命令，出现SolutionControls对话框，单击Basic选项卡，参照图3.3对其设置；单击Transient选项卡，参照图3.4对其进行设置，单击OK关闭对话框。图3.3求解控制基本选项设置对话框11图3.4求解控制瞬态选项设置对话框（3）选择MainMenu/Solution/AnalysisOptions命令，出现FullTransientAnalysis对话框。在EQSLVEquationsolver下拉列表框中选择JCGout-of-core选项，在TOFFSTTemperaturedifference输入273。（4）选择MainMenu/Solution/DefineNodes/Apply/Thermal/Temperature/On/Nodes命令，出现ApplyTEMPonNodes菜单，按图3.5进行操作，完成后点击OK，出现ApplyTEMPonNodes对话框，在VALIFilmcoefficient列表框中输入10，在VAI2IBulktemperature输入框中输入900，如图3.6所示，单击Ok按钮关闭该对话框。123.5施加载荷13图3.6输入载荷条件（5）选择MainMenu/Solution/DefineNodes/Apply/Thermal/Temperature/UniformTemp命令。出现UniformTemerature对话框输入20，见图3.7，单击OK关闭。图3.7输入初始温度（6）选择MainMenu/Solution/LoadStepOpts/Time/Frequenc/Time-TimeStep命令，出现TimeandTimeStepOptions对话框，在DELTIMTimestepsize输入框中输入5，其他选项采用默认设置，单击Ok键关闭该菜单。14（7）选择MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS命令出现/STATUSCommand对话框和SolveCurrentLoadStep对话框，关闭STATUSCommand对话框，单击SolveCurrentLoadStep对话框上的Ok键，ANSYS开始求解计算。求解结束后将出现Note对话框，单击其上的Close键关闭该对话框。3.2.5后处理（1）选择MainMenu/GeneralPostproc/ReadResults/LastSet命令。（2）选择MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu命令，出现ContourNodalSolusionData对话框，选择Nodalsolusion/DOFsolusion/temperature,单击Ok键，ANSYS显示窗口将显示圆柱体内部温度场分布等值线图。（3）选择MainMenu/TimeHistPostpro/DefineVariables命令，出现DefinedTime-HistoryVariables对话框。（4）单击其上的Add按钮，出现AddTimeHistoryVariables对话框,选择NodalDOFresult,单击其上的Ok键，出现DefineNodalData菜单，用鼠标拾取体心点，单击Ok键，出现DefineNodalData对话框，采用其默认设置，单击Ok键关闭该对话框，重复以上操作，分别拾取棱点、顶面心点。单击GraphData分别出现体心、棱点、面心温度随时间变化图。(5)选择UtilityMenu/Style/Graphs/ModifyAxes命令，出现AxesModificationsforGraphPlots对话框，在/AXLABX-axislabel输入框中输入TIME,(sec),在/AXLABY-axislabel输入框中输入TEMPERATURE,单击Ok键关闭该对话框。3.3油淬过程3.3.1模拟过程中用到的参数查阅资料求得油的对流系数确定为65W/(m2)。具体20钢参数见表3.1。淬火油的温度为20。153.3.2油淬过程构建数学模型及网格划分构建数学模型和网格划分按照3.2.2与3.2.3方式进行设置。3.3.3施加载荷与求解（1）选择MainMenu/Solution/AnalysisType/NewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框，选择分析类型为Transient。单击Ok按钮，出现TransientAnalysis对话框，在TRNOPTSolusionmethod单选框中选择Full，单击OK按钮关闭该对话框。（2）选择MainMenu/Solution/AnalysisType/SolnControls命令，出现SolutionControls对话框，单击Basic选项卡，参照图3.1对其设置，只需将时间选项从20000改为4000；单击Transient选项卡，参照图3.2对其进行设置，单击OK关闭对话框。（3）选择MainMenu/Solution/AnalysisOptions命令，出现FullTransientAnalysis对话框。在EQSLVEquationsolver下拉列表框中选择JCGout-of-core选项，在TOFFSTTemperaturedifference输入273。（4）选择MainMenu/Solution/DefineNodes/Apply/Thermal/Temperature/On/Nodes命令，出现ApplyTEMPonNodes菜单，按图3.8进行操作，完成后点击OK，出现ApplyTEMPonNodes对话框，在VALIFilmcoefficient列表框中输入65，在VAI2IBulktemperature输入框中输入20，单击Ok按钮关闭该对话框。（5）选择MainMenu/Solution/DefineNodes/Apply/Thermal/Temperature/UniformTemp命令。出现UniformTemerature对话框输入900，见图3.9，单击OK关闭。16（6）选择MainMenu/Solution/LoadStepOpts/Time/Frequenc/Time-TimeStep命令，出现TimeandTimeStepOptions对话框，在DELTIMTimestepsize输入框中输入5，其他选项采用默认设置，单击Ok键关闭该菜单。图3.8输入载荷条件图3.9输入初始温度（7）选择MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS命令出现/STATUSCommand对17话框和SolveCurrentLoadStep对话框，关闭STATUSCommand对话框，单击SolveCurrentLoadStep对话框上的Ok键，ANSYS开始求解计算。求解结束后将出现Note对话框，单击其上的Close键关闭该对话框。3.3.4后处理（1）选择MainMenu/GeneralPostproc/ReadResults/LastSet命令。（2）选择MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu命令，出现ContourNodalSolusionData对话框，选择Nodalsolusion/DOFsolusion/temperature,单击Ok键，ANSYS显示窗口将显示圆柱体内部温度场分布等值线图。（3）选择MainMenu/TimeHistPostpro/DefineVariables命令，出现DefinedTime-HistoryVariables对话框。（4）单击其上的Add按钮，出现AddTimeHistoryVariables对话框,选择NodalDOFresult,单击其上的Ok键，出现DefineNodalData菜单，用鼠标拾取体心点，单击Ok键，出现DefineNodalData对话框，采用其默认设置，单击Ok键关闭该对话框，重复以上操作，分别拾取棱点、顶面心点。单击GraphData分别出现体心、棱点、面心温度随时间变化图。(5)选择UtilityMenu/Style/Graphs/ModifyAxes命令，出现AxesModificationsforGraphPlots对话框，在/AXLABX-axislabel输入框中输入TIME,(sec),在/AXLABY-axislabel输入框中输入TEMPERATURE,单击Ok键关闭该对话框。184数值模拟的结果和分析4.1加热过程4.1.1不同时刻的温度场分布图4.1、4.2、4.3、4.4分别是20钢在加热至5秒、1000秒、7000秒、20000秒时的温度场分布图，由这4个图中可得知刚开始加热5秒时内外温度分布不均匀，一直到7000秒时加热温度到达880左右温度分布才变的相对均匀，在加热至20000秒时圆柱体的温度无限接近900。图4.1圆柱体加热5秒时的温度场分布（）19图4.2圆柱体加热1000秒时温度场分布图（）图4.3圆柱体加热7000秒时温度场分布图（）20图4.4圆柱体加热20000秒时温度场分布图（）模拟结果清晰的反应了20钢圆柱体的加热过程。在整个20钢圆柱体加热过程中，在加热开始时，圆柱体表面温度下降先于圆柱体体心，而棱边位置的温度下降先于圆柱体其他表面。从各个时刻温度分布图看出，加热由外向内温度不断逐层增加，刚开始圆柱体表面和体心温度相差较大，但随着加热时间不断增加，内外温差也渐渐变小，到后期温度逐渐平均。4.1.2特殊点温度随时间的变化本次模拟中选取了3个特殊点，分别为圆柱体的体心点，圆柱体表面下圆圆心点和一个圆柱体棱上的点。图4.5、4.6、4.7分别为圆柱体上体心点，圆柱体表面上下圆心点，棱边上一点的温度随时间变化的曲线。4.8则为这三个特殊点在加热过程前60秒的温度随时间变化曲线。21图4.5圆柱体体心点图4.6表面下圆圆心点22图4.7棱边上一点温度随时间变化关系图4.8三点在60秒前的温度变化23由图4.8可看出，在加热开始时，圆柱体棱边上温度的变化比下底面圆心变化快，圆柱体体心的温度变化较慢，由圆柱体各点温度变化曲线可以看到，在前8000秒温度迅速加热由20迅速加热至接近900，而之后的加热过程中温度升高的速率急速下降，越到加热后期温度加热越慢。4.2油淬过程4.2.1不同时刻的温度场分布由设定的求解条件可以得到20钢圆柱体油淬过程4000秒内圆柱体各部分温度的分布，并可以模拟温度场特殊点温度随时间的变化过程。图4.9、4.10、4.11、4.12分别为圆柱体纵截面1秒，115秒，805秒，秒时的温度场分布。4.9圆柱体油淬1秒时温度场分布（）24图4.10圆柱体油淬115秒时温度场分布图（）图4.11圆柱体油淬805秒时温度场分布（）25图4.12圆柱体油淬1525秒时温度场分布（）由设定的求解条件可以得到20钢圆柱体油淬过程4000秒内圆柱体各部分温度的分布，在整个油淬过程中由温度场的分布图看出，油淬刚刚开始时温度圆柱体内外温度分布不均匀，尤其1秒时最外层温度下降将近10，而内层大部分温度只下降了不到2，而随着油淬时间增加，内外温差不断缩小。油淬至1525秒时内外温度基本一致。4.2.2特殊点温度随时间变化图