Deform-3d热处理模拟操作全解
Deform-3d热处理模拟操作
热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。
热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很复杂，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。
但由于目前Deform-3d软件的材料库只带有45钢、15NiCr13和GCr15等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更多分析需要进行二次开发。
本例以45钢热处理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d 热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。
1 、问题设置
点击“文档”（File）或“新问题”（New problem），创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图1。
图1 设置新问题
2、初始化设置
完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制
（English）修改成公制（SI），同时选中“形变”（Deformation）、“扩散”(Diffusion)和“相变”(Phase transformation)，见图2。
图2 初始化设置
3、输入几何体
在工件几何体输入对话框内，选择从数据库或关键文件夹（Import from a geometry,. Key or DB file）中输入，见图3。输入的文件必须是STL格式的，见图4。
图3 输入几何体
图4 选择几何体文件
4、网格划分
工件输入后，可以进行网格划分。这里取网格数8000；表面网格结构(Structured surface mesh)中，层的数量取1；层厚度(Layer thickness)为0.005；厚度模式(Thickness mode)取与外形尺寸成比例（Ratio to overall dimension），见图5。
*其实层厚度是默认好的，点击图标，就会显示默认的数据，然后点击“OK”，完成设置，见图6。网格生成后的工件三维图形见图7。
图5 网格划分
图6 层厚度设置
图7 网格生成后的工件三维图形
5、材料设置
1）选择从数据库或关键文件夹（Import from .DB or .KEY files）中输入，见图8。由于数据库和关键文件夹尚未建立，因此在选择从数据库或关键文件夹选项后，不要直接点下一步，而是点击高级（Advanced）,这时会弹出材料设置对话框，见图9。
图8 材料输入
图9 材料设置
2）在材料设置对话框中点击从材料库中加载（Load from lib.）。并在弹出的对话框中选择“Steel”,“AISI-1045_Heat Treatment”,类似国产45钢，并加载，见图10。加载后，材料列表中会显示材料型号以及相变名称，这里显示的是45号钢以及奥氏体、珠光体和马氏体，见图11。
图10 选择钢号
图11 加载后的材料列表
3）输出材料保存到关键文件夹。点击输出（Export），在关键文件夹中选择材料并保存，见图12。
图12 保存到关键文件夹
4）打开保存到关键文档中的材料并加载，完成材料的设置，见图13。
图13 完成材料设置
(to be continued)
6、工件初始化设置
在工件初始化对话框中，将温度(Temperature)、原子(Atom)、相体积分数(Phase volume fraction) 均选择为均匀（Uniform）。并将温度设置为“20”；原子为“0.44”；将马氏体(Martensite)的体积分数设置为“1”，见图14。
*原子百分比设置这里指含碳量。可以从材料性能表中的描述（Description）一栏中查到，见图10。
图14 初始化设置
7、介质的详细设置
介质设置的界面见图15，这里的介质主要有加热炉和水。
图15 介质设置界面
1）加热炉设置：
点击“加号”，在弹入的框中用英语填写“Heating Furnace”，然后点击“OK”完成设置，见图16。
图16 加热炉设置
2）加热炉参数设置：
点击“减号”，去掉“Media 1”，将热传递系数（Heat transfer coefficient）改成0.1，选中辐射“Radiation”见图17。
图17 加热炉参数设置
3）添加介质水：
点击“加号”，在弹出的图框中填写“water”,将默认的热传递系数修改为“7”，取消选择辐射，见图18。
图18 介质水的设置
4）添加区域1（Zone1）
在区域设置栏中，点击“添加”，会自动生成“Zone1”，见图19。
图19 添加区域1
5）写入对流系数
在常数（Constant）项的下拉菜单中，选择与温度关联“f(temp.)”，见图20。写入对流系数(Convection coefficient)，具体见图21。
图20 选择f(Temp)
图21 温度与对流系数设置
Temperorature Convection Coefficient
20 2.1
250 2.8
500 6.8
750 4.0
1000 2.5
8、工艺程序设置
工艺程序设置包括，持续加热（冷却）时间、介质、温度等参数设置。这里设置了三个阶段，分别为预热阶段升温阶段和冷却淬火阶段，其中预热和升温介质为加热炉（Heating furnace），冷却淬火介质为水(Water)。
1）预热阶段：温度550°C，持续加热时间1800秒；
2）升温阶段：温度900°C，持续加热时间7200秒；
3）冷却阶段：温度20°C，持续冷却时间600秒。
同时在开始操作（Start operation）栏目中，选择“2”。详见图22。
图22 工艺程序设置
9、模拟控制设置
模拟控制对话框见图23。按默认好的步数定义为“自动”，每步温度变化为“5”，每步时间最大最小为“0.001”和“10”，步数增量为“10”。附加边界条件中由于没有考虑对称设置，因此栏目保存空白，见图23。在固定节点边界条件设置中，选择点击“自动设置（Auto）”，这时会出现固定节点边界条件已添加的回答，点击“OK”、完成固定节点边界条件设置，见图24。然后再点击“Finish”，出现图25的回答，大意是数据库、关键文件等已成功创建，请退出并回到主窗口进行模拟运行。
图23 模拟控制
图24 固定节点边界条件已经添加提示
图25 创建数据库文件已经成功提示
(to be continued)
10、模拟和后处理
在主窗口课题目录（Directory）中，选择需要模拟的文件，然后在模拟器(Simulator)栏目中，点击运行（Run）,开始模拟。模拟进行状况可以从信息（Message）窗口观察到。
图26 模拟运行
模拟达到指定的步数或时间后模拟停止，这时点击退出图标，退出模拟。再次打开主窗口，在目录栏中选中课题，然后在后处理器中点击“Deform-3d Post”进入后处理窗口。
热处理模拟的后处理窗口应包括以下内容：
（1）图形显示窗口
（2）步数选择和动画播放器
（3）图形状态选择按钮
（4）图形位置控制按钮
（5）状态变量选择与分析按钮
热处理模拟的后处理分析：
1、加热和冷却过程动画播放
为了播放加热和冷却过程的动画，应先在状态变量选择菜单内，选择温度（Temperature），然后再点击播放器，在显示窗口观察加热和冷却的变化过程。见图27。
图27 加热和冷却过程模拟
2、加热和冷却温度分布均匀度分析
1）剖切零件
为了分析温度分布均匀度，需要将工件剖切。可以应用剖切（Slicing）分析工具，将对话框中的模式选为“1Point+Normal”，在输入栏内，将P行的X 坐标值修改成“1”，点击“OK”完成零件的剖切。
* 如果要尽可能在圆柱体的中心位置进行剖切，就需要进行中心点的坐标。默认的P点Y、Z轴的坐标为“0”，因此只要计算X轴的坐标点就可以了，一种方法采用拉动图标下方的滑标，大致放在中间位置即可。要精确定位，需要通过计算，可以根据滑尺两端的数字相加后除2。
本例计算如下：
(-35.934+16.054）/2 = -9.94，见图28、图29。
图28 剖切设置
图29 剖切后的零件
2）定点跟踪设置
点击“定点跟踪分析”（Point tracking）按钮，弹出的对话框见图30。
图30 定点跟踪设置对话框
沿工件剖面的对角线选择几个点，如图31的P1、P2、P3。
图31 选择跟踪点
这时，在定点跟踪设置对话框内自动会出现点的坐标位置，见图32。点击“Next”和“Finish”完成跟踪设置。
图32 定点跟踪设置
3）温度均匀度分析
在状态变量菜单中选择温度，在窗口即会显示温度的定点跟踪曲线，见图33。
图33 温度的定点跟踪曲线
从曲线中可以分析，三个点的温度基本是一致的，这是由于工件尺寸较小，加热保温时间充足造成的。
图34显示的是较大尺寸工件的定点跟踪曲线，三个点的温度明显产生差别。图35为较大工件的温度均匀度定点跟踪曲线，图36显示的是较大尺寸工件冷却时，剖面上温度均匀度分布状况。
图34 温度分布的定点跟踪
图35 温度均匀度分析
3、残余应力的定点跟踪分析
热处理淬火后会留有残余应力，严重的话，会造成零件变形。图36是等效残余应力定点跟踪分析曲线，最大残余应力位于零件表面。
图36 残余应力定点跟踪分析
4、硬度的定点跟踪分析
图37为硬度的定点分析，由于工件尺寸小，温度均匀，因此硬度也比较均匀。图38是较大尺寸工件的硬度分析。硬度明显不一致，表面硬度交高，中心
硬度最低。
图37 硬度的定点跟踪分析
图38 较大零件硬度分布分析
5、相的体积分数分析
相的体积分数分析即金相分析，可以进一步分析材料的组织结构的构成。图39、图40和图41显示的是较大零件相的体积分数分析结果。
图39 马氏体含量与分布
图40 珠光体含量与分布
图41 奥氏体含量与分布
课程设计退火炉温度控制系统资料讲解
课程设计退火炉温度 控制系统
课程设计设计题目：退火炉温度控制系统 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块，执行模块，LED显示模块，单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热，通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较，从而对退火炉的温度进行控制，通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATLAB仿真检验是否有纹波。
目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案 (5) 2.1概述 (5) 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计 (9) 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路 (17) 第4章控制算法 (18) 4.1程序框图 (18) 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结................................................ - 22 -
金属学与热处理知识点总结
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法, 铸锭三晶区
的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据Rk= 1..，T可知当过冷度T为零时临界晶核半 径R k为无穷大，临界形核功（1订2 ）也为无穷大。临界晶核半径R k与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c -p + 1其中，f为自由度数，c为组元数，p为相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。 四、铁碳合金 重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算 基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。 钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的计算；五种渗碳体的来源及形态。
热处理电炉安全操作规程正式版
Guide operators to deal with the process of things, and require them to be familiar with the details of safety technology and be able to complete things after special training.热处理电炉安全操作规程 正式版
热处理电炉安全操作规程正式版 下载提示：此操作规程资料适用于指导操作人员处理某件事情的流程和主要的行动方向，并要求参加施工的人员，熟知本工种的安全技术细节和经过专门训练，合格的情况下完成列表中的每个操作事项。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 1. 热处理工人在进行各种工艺操作前必须穿戴好规定的安全防护用品。 2. 加热炉在使用前需要检查其电源接头和电源线路的绝缘是否良好。 3. 操作工在进行装炉前，首先要检查炉膛后面及小车下面的几组接线铝夹头是否有熔化现象，如有，应找电工马上更新。 4. 在合上闸后，应观察炉膛后面及小车下面几组铝夹头上的固定螺栓是否发红，若发红，应找电工拧紧。合上闸后，操作工用手晃几下热电偶传导线，看表盘
上的黑针和红划线针是否上下摆动幅度较大，若大，应找电工拧紧表盘后的螺栓或拧紧热电偶上的螺栓。 5. 每次装炉前应先设定一个低温数值，来验证表盘上黑针指出的数是否和设定的温度值相符。然后按照黑针指出的数值来修正设定温度的红指针。到达恒温阶段还要摇起炉门观察小车上各炉板温度是否接近均匀，如发现个别炉板温度过高，先立即找电工查明原因。 6. 工件的装炉与出炉均不能触及电垫元件，以免断电装置失效时发生触电事故。 7. 进行热处理操作时，操作工不得离开现场，切实注意观察温度和设备运转情
箱式电阻炉课程设计
一、设计任务书 题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 生产能力：160 kg/h ； 生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择 根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度650℃，不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定 因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率p 为160 kg/h ，按照教材表5-1选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率p 0为 100 kg/(m 2﹒h )，故可求得炉底有效面积： F 1=P P 0=160100 =1.6m 2 由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ?=0.60~0.85，取系数上限，得炉底实际面积： F = F 10.85=1.6 0.85 =1.88m 2 2.炉底长度和宽度的确定 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L B ?=2，因此，可求得： L =√F 0.5?=√1.880.5?=1.94m B =L 2?=1.942?=0.97 m 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.970 m ，B =0.978 m ，如总图所示。 3.炉膛高度的确定 按照统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H B ?通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H B ?=0.654m 。 因此，确定炉膛尺寸如下： 长 L =(230+2)×8+(230×1 2+2)=1970 m 宽 B =(120+2)×4+(65+2)×2+(40+2)×3+(113+2)×2=978mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为： L 效=1700 mm B 效=700 mm H 效=500 mm 4.炉衬材料及厚度的确定 由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mm QN ?0.8轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B 级硅藻土砖。 炉顶采用113 mmQN ?1.0轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+115 mm 膨胀珍珠岩 。 炉底采用三层QN ?1.0轻质粘土砖(67×3)mm ，+50 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝
数值模拟在焊接中的应用
数值模拟在焊接中的应用 摘要：焊接是一复杂的物理化学过程,借助计算机技术,对焊接现象进行数值模拟,是国内外焊接工作者的热门研究课题,并得到了越来越广泛的应用。概括介绍了数值分析方法,综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析、残余应力分析、焊接热源分析方面的研究现状及发展趋势。 关键词：焊接；数值模拟；研究现状 焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理论方法,很难准确的解决生产实际问题。因此,在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,其模式为“理论—试验—生产”,但大量的焊接试验增加了生产的成本,且费时费力。计算机技术的飞速发展给各个领域带来了深刻的影响。结合数值计算方法和技术的不断改进，工程和科学中越来越多的问题都可以采用计算机数值模拟的方法进行研究。采用科学的模拟技术和少量的实验验证，以代替过去一切都要通过大量重复实验的方法，不仅可以节省大量的人力和物力，而且还可以通过数值模拟解决一些目前无法在实验室里直接进行研究的复杂问题。用数值方法仿真实际的物理过程，有时被称为“数值实验”。作为促进科学研究和提高生产效率的有效手段，数值实验的地位已经显得越来越重要了。在工程学的一些领域中，已经视为和物理实验同等重要。与焊接生产领域采用的传统经验方法和实验方法相比，数值模拟方法具有以下优点： （l）可以深入理解焊接现象的本质，弄清焊接过程中传热、冶金、和力学的相互影响和作用； （2）可以优化结构设计和工艺设计，从而减少实验工作量，缩短生产周期，提高焊接质量，降低工艺成本。 一、焊接数值模拟中的数值分析方法 数值模拟是对具体对象抽取数学模型,然后用数值分析方法,通过计算机求解。经过几十年的发展,开发了许多不同的科学方法,其中有：(1)解析法,即数值积分法；(2)蒙特卡洛法； (3)差分法；(4)有限元法。数值积分法用在原函数难于找到的微积分计算中。常用的数值积分法有梯形公式、辛普生公式,高斯求积法等。蒙特卡洛法又称随机模拟法。即对某一问题做出一个适当的随机过程,把随机过程的参数用由随机样本计算出的统计量的值来估计,从而由这个参数找出最初所述问题中的所含未知量。差分法的基础是用差商代替微商,相应的就把微分方程变为差分方程来求解。差分法的主要优点是对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题,其程序设计和计算简单,易于掌握理解,但这种方法往往局限于规则的差分网格,不够灵活。在焊接研究中差分法常用于焊接热传导、熔池流体力学氢扩散等问题的分析。有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析,现在它已被用来求解几乎所有的连续介质和场的问题。在焊接领域,有限元法已经广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等。在工程应用中,上述数值方法常相互交叉和渗透。 二、焊接熔池的传热与流体流动模拟进展 焊接熔池的传热和流体流动计算机模拟是焊接模拟领域的一个重要领域,同时也是焊接冶金模拟中最为复杂的一个方向之一。因为焊接过程中大部分非平衡的物理、化学反应都在短时间内集中在焊接熔池这一局部高温区域内,这部分区域存在着很大程度上的成分、组织和性能的不均匀性。而对焊接熔池的物理测试十分困难,且费用大,因此大部分的研究是基于数值模拟的基础进行的。对焊接熔池的数值模拟有助于人们从更深层次上理解焊接过程的物理实质,模拟的结果有利于实现对焊接过程的控制。但目前关于焊接熔池的传热与流体流动模型都是建立在大量的假设和简化基础上的[1~3],因而模拟结果与实际有一定的出入,需要
(完整版)热处理炉说明书
辽宁福鞍重工股份有限公司新跨车间燃气台车式6.5m x 2.8m x 1.7m 热处理窑 使用说明书 中国联合工程公司 2012年10 月
目录 1概述.................................................................. 1…2主要技术参数......................................................... 2.. 3热处理炉主要部件说明................................................. 3. 3.1 炉体.............................................................. 3.. 3.2 炉车.............................................................. 3.. 3.3 炉门.............................................................. 3.. 3.4 燃烧系统........................................................ 3.. 3.5管路系统 .......................................................... 4.. 3.5.1空气管路.................................................................. 4.. 3.5.2煤气管路.................................................................. 4.. 3.5.3压缩空气管路............................................................. 4. 3.6排烟系统 ........................................................ .5.. 3.7电气控制系统 ..................................................... 5.. 4操作规程............................................................... 6.. 4.1开炉准备 .......................................................... 6.. 4.2 点火.............................................................. 6.. 4.3热处理过程控制 .................................................... 7. 4.4停炉出炉 ......................................................... .7.. 5安全须知............................................................... 8.. 6特别说明 (10) 7主要电控单元说明 (11) 7.1炉门炉车控制柜操作说明 (11) 7.2计算机监控系统操作说明 (11) 7.2.1烧嘴控制................................................................. .2 7.2.2工艺曲线设置............................................................. .12 7.2.3压力控制与阀门操作 (14)
金属学及热处理习题参考答案(1-9章)
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释: 1 ?晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2?非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3 ?晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4?晶胞：构成晶格的最基本单元。 5. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6?多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7?晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12. 固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相 、填空题: 1 .晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2?常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3?实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4?根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5?置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6 ?合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光—泽，正的电阻温度系数。 8. 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 9. 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的 10. 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)> (201)、
热处理炉温度场的三维数值模拟
文章编号:100221639(2001)0120017203 热处理炉温度场的三维数值模拟 匡 琦,潘健生,叶健松 (上海交通大学高温材料及高温测试开放实验室,上海200030) 摘要:提出了一个描述热处理炉三维非线性温度场的有限元模型,该模型综合考虑了辐射、材料热物性参数和边界条件等复杂因素。根据此模型,使用大型非线性有限元软件M A RC对72k W井式渗碳炉进行模拟计算,计算机模拟结果与实测结果吻合较好。由此提供了一种良好的热处理炉虚拟生产手段,可作为智能热处理CAD的核心技术之一。 关键词:热处理炉;计算机模拟;温度场;有限元;智能热处理 中图分类号:T G151;T P273.5 文献标识码:A Three-d i m en siona l Nu m er ica l Si m ula tion of Te m pera ture F ield of Hea t Trea t m en t Furnaces KUAN G Q i,PAN J ian2sheng,YE J ian2song (H igh T emperatu re M aterials and T esting L ab.,Shanghai J iao tong U n iv.,Shanghai200030,Ch ina) Abstract:T h is paper p resen ts a fin ite elem en t model fo r describ ing the temperatu re field of heat treatm en t fu rnaces.In the model,such comp licated non linear facto rs as boundary conditi on s,physical p roperties and radiati on etc.are con sidered. Based on the model,the th ree di m en si onal non linear FE M analysis system M A RC is u sed to si m u late the temperatu re field of 72k W p it2type carbu rizing fu rnace,w here an increm en tal iterati on m ethod is also u sed.T he compu ter si m u lati on resu lts are w ell con sisten t w ith tho se of m easu rem en ts.T he w o rk p rovides an excellen t m ethod fo r the virtual operati o in of heat treatm en t fu rnaces.It m ay becom e one of the co re techno logies of in telligen t heat treatm en ts. Key words:heat treatm en t fu rnace;compu ter si m u lati on;temperatu re field;fin ite elem en t m ethod(FE M);in telligen t heat treatm en t 1 前言 热处理数学模型和计算机模拟技术是开发高度知识密集型热处理智能技术的关键,已日益为各国热处理界所重视。目前,对热处理炉温度场模拟计算往往只限于二维模型,而筑炉材料的热物性参数、边界条件中换热系数及炉内的辐射传热也大都简化处理[1～4],从而导致计算结果与实测数据误差较大。本文针对这一问题,建立了一个描述热处理炉的三维非线性稳态传热数学模型,全面考虑辐射、热物性参数和换热系数非线性变化对温度场的影响,以大型非线性有限元软件M A RC为平台模拟计算72k W 井式渗碳炉的温度场,并进行了实验验证,为热处理 收稿日期:2000210218;修订日期:2000211227 基金项目:国家“95”攻关项目——热处理CAD及其智能技术(962A01202201) 作者简介:匡 琦(19752 ),男,湖南双峰人,硕士研究生,从事计算机在材料科学中的应用研究工作; 潘健生(19352 ),男,教授,博士生导师,国际热处理 与表面工程联合会数学模型与计算机模拟技术委员 会主任,主要从事热处理过程的计算机数值模拟.炉的改造和优化设计提供了新的方法和途径。 2 热处理炉三维传热计算的数学模型 对于三维非线性稳态传热问题,其传热方程和边界条件的基本数学表达式为 5 x(k x 5T x)+ 5 y(k y 5T y)+ 5 z(k z 5T z)+q=0(1)式中:T为温度;t为时间;k x,k y,k z为x,y,z方向的材料导热系数;q为内热源项。 边界条件数学表达式 k x 5T 5x n x+k y 5T 5y n y+k z 5T 5z n z-q+h∑(T-T∞)=0 (2) 式中:h∑为对流和辐射的综合换热系数;q是热流项;n x,n y,n z分别是x,y,z方向的方向余弦。 求解热处理炉温度场分布问题实际就是求解在边界条件(2)下满足稳态热传导方程(1)的场函数T (x,y,z)[5～6] 。 3 非线性问题的处理 热处理炉温度场是一个复杂的非线性问题,其非线性主要来自以下两个方面:(1)筑炉材料的热物
真空热处理炉的安全操作通用版
操作规程编号：YTO-FS-PD955 真空热处理炉的安全操作通用版 In Order T o Standardize The Management Of Daily Behavior, The Activities And T asks Are Controlled By The Determined Terms, So As T o Achieve The Effect Of Safe Production And Reduce Hidden Dangers. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
精品规程范本 编号：YTO-FS-PD955 2 / 2 真空热处理炉的安全操作通用版 使用提示：本操作规程文件可用于工作中为规范日常行为与作业运行过程的管理，通过对确定的条款对活动和任务实施控制,使活动和任务在受控状态，从而达到安全生产和减少隐患的效果。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 真空热处理炉是近年来得到较大发展的先进热处理设备，工件是在超低气压的空间里进行加热和冷却的。它具有质量好、节能、安全和污染少等优点。 虽然真空炉的发热体用低压电，但电源电压仍为380V ，操作时仍需要安全用电。 真空炉制造时，应确保不漏气、不漏水。真空炉炉体和炉盖等的密封是用橡胶件，因此需要用水隔层进行冷却。若水漏到炉膛里时，炉膛温度很高，会引起爆炸。真空炉处理的工件，应清洗净表面油污，同时避免淬火油槽的油蒸气进入炉膛。这些油蒸气和空气混合后将形成爆炸气氛，一旦有明火或通电时就会产生爆炸。所以真空炉装料后应关闭炉门，将炉膛抽成真空后，方可通电加热。 该位置可输入公司/组织对应的名字地址 The Name Of The Organization Can Be Entered In This Location
金属学及热处理习题参考答案
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
热处理箱式电阻炉课程设计
热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 （4）零件热处理工艺：淬火加热 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为100kg/h ，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm ，且品种较多，热处理 工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线： 加热时间 t=a ×k ×D （a ：加热系数，k ：工件装炉条件修正系数，D ：工件 《热处理手册》第四版第二卷，机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4
有效厚度） 查表得：a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ，保温时间2h 工艺周期为5h （2）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知，炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 （K 为炉底利用系数，通常为0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m 炉子高度一般为（0.52-0.90）B ，取0.6B ，故H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层：B 级硅藻土砖，热导率为t 1023.0131.03 -?+，最高使用温度为900℃ （2）炉墙： 耐火层：QN —1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ，厚度 mm 1131=δ 保温层：B 级硅藻土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ，厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2
45钢热处理过程温度场的数值模拟
45钢热处理过程温度场的数值模拟 任务书 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45钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉45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，通过毕业设计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45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45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] 赖宏，刘天模. 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[J].重庆大学学 报，2003，26（03）:82-84. [2] 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. [3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007： 230-308 4．进度安排
45钢热处理过程温度场的数值模拟 摘要：本论文中45钢的热处理工艺是通过复习《金属学与热处理》一书中钢的热处理原理来制定的，并借助ANSYS有限元软件建立轴对称模型，对其施加温度载荷来模拟计算热处理过程中某些时刻温度场的分布以及某些特定位置温度随时间的变化关系。结果表明：热处理加热过程开始时，圆柱体侧面的升温速度最快，中心处升温速度最慢，其余位置的速度介于二者之间，工件整体升温速度随着时间的增加逐渐下降；热处理冷却过程开始时，圆柱体侧面的降温速度最快，中心处最慢，其余位置的速度介于二者之间，另外，刚开始工件整体降温速度较快，随着时间的增加，工件整体降温速度逐渐下降。整个热处理过程中，工件中心和侧面的温度差随时间的增加而减少。 关键词：有限元法，45钢 ,热处理 ,温度场 The heat treatment of 45 steel's temperature field simulation Abstract：In this essay, 45 steel heat treatment process is through the review,author of sinosteel metallography and heat treatment of heat treatment principle to develop, with ANSYS finite element software axisymmetric model was established, and apply to simulation calculation at some point in the heat-treating process, distribution of the temperature field and certain position of temperature with time relationship. The results show that the heating temperature of the side face is the fastest and the center temperature is the slowest and the other position is between the two, the temperature of the workpiece increases gradually with the increase of time.Heat treatment cooling process, the outer surface of the fastest cooling, the center is the slowest, the rest of the speed between the two,moreover, the overall cooling rate of the workpiece is relatively fast, and the overall cooling rate of the workpiece decreases gradually with the increase of time. Throughout the heat treatment, the temperature difference of the workpiece center and the side face decreases with the increase of time. Keywords: Finite element simulation，45steel，Heat treatment,Temperature field simulation
热处理炉安全操作规程模板
工作行为规范系列 热处理炉安全操作规程（标准、完整、实用、可修改） ?I.
编号: 热处理炉安全操作规程 Safety operati on rules for heat treatme nt furn ace 说明：为规范化、制度化和统一化作业行为，使人员管理工作有章可循，提高工作效率和责任感、归属感，特此编写。 1. 操作人员应注意防火、防爆、防毒、防烫、防触电，了解有关救护知识。工作场地应配备必要的消防器材。 2. 操作人员在工作中不得任意离开工作岗位，临时离开应向代管人交待清楚。 3. 工作前应检查电气设备、仪表及工具是否完好，抽风系统是否完好。工作完毕后应做好工作场地及设备清扫工作。 4. 应尽量采用无氰工艺，化学物品应有专人管理，并严格按有关规定存放。 5. 工作中配制各种化学药剂、试剂时，应严格执行化学试验安全操作规程。 6. 禁止无关人员进入氰化室、化学药品储藏室、中频发电机室和高频淬火室。各室内应保持清洁，不堆放无关物品。 7. 工件进入油槽要迅速。淬火油槽周围禁止堆放易燃易
爆物品。 8. 使用行车（或单轨吊车）时应有专人指挥，并执行有关行车使用的安全操作规程。井式炉及盐浴炉的吊车电机应防 爆，钢丝绳应经常检查，定期更换。 9. 各种废液、废料应分类存放统一回收和处理。禁止随意倾入下水道和垃圾箱，防止污染环境。 10. 采用煤炉、煤气炉、油炉加热进行热处理，应遵守有关炉型司炉工安全操作规程，入炉工件、工具应干燥。 11. 大型热处理炉及连续热处理炉采用炉子机械输送工件和燃料，使用前必须检查炉子机械关键传动部件有无烧损、腐蚀，机械运行轨道上有无障碍物，工作堆放高度和宽度是否超过规定，堆放平稳与否，工件出炉卸车时应注意防止烫伤和砸伤事故。 请输入您公司的名字 Foon shi on Desig n Co., Ltd
热处理箱式炉安全操作规程简易版
The Daily Operation Mode, It Includes All The Implementation Items, And Acts To Regulate Individual Actions, Regulate Or Limit All Their Behaviors, And Finally Simplify Management Process. 编订：XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 热处理箱式炉安全操作规 程简易版
热处理箱式炉安全操作规程简易版 温馨提示：本操作规程文件应用在日常的规则或运作模式中，包含所有的执行事项，并作用于规范个体行动，规范或限制其所有行为，最终实现简化管理过程，提高管理效率。文档下载完成后可以直接编辑，请根据自己的需求进行套用。 1遵守一般热处理工安全操作规程。仔细检测温度仪表、热电偶电气设备、接地线等是否完好。 2检查炉膛内是否有异工件，炉底板、电阻丝是否完好。 3工件进出炉应断电操作，并注意工件或工具不得与电阻丝相碰撞接触。装、出炉时不得砸撞炉底板，不得撞击阁砖。 4电炉通电前应首先合闸，再开控制柜电钮。停炉时应首先关控制柜电钮，再拉闸。 5每两周必须清理一次炉底上的杂物，发现问题应及时处理好。
6使用温度不得超过950℃。每次大修理后，在使用前需经过电热烘干，升温到300℃到400℃时取出炉底板，打开炉门八小时烘，然后关闭炉门再升温到500℃到600℃烘干8小时。 7发现仪表失灵，电阻丝相互接触烧坏，电阻丝加热时不平衡，应停炉并通知维修人员进行修理。 8发生事故要保持现场，并报告有关部门。 该位置可填写公司名或者个人品牌名 Company name or personal brand name can be filled in this position
热处理工艺设计课程设计
北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目：CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：金属材料工程 作者所在班级：B10821 作者学号：20104082104 作者姓名：倪新光 指导教师姓名：翟红雁 完成时间：2013.06.27
课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材； 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法； 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式； 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤； 通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理 方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。