45钢热处理水冷过程分析.doc

1、45钢热处理水冷过程分析摘要:45钢是中碳优质结构钢，Wc=0.45%,冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低廉、较容易得到，因此应用广泛于机械制造。常应用于小截面、中载荷的调质件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、链轮等，其最大不足时淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不适宜采用。对于性能要求较高的零件，必须进行调质处理。对45钢进行调质处理后，得到均匀的回火索氏体，从而使其具有良好的综合力学性能。研究本课题主要是通过实验和ANSYS软件模拟。其中包括对45钢的热处理水淬以及热处理前后45钢的力学性能和金相组织的对比；同时还与合金钢40Cr热处理水淬的力学性能比较；由于工件在淬火过程中内外温差

2、会导致热应力和组织应力的产生，利用有限元ANSYS软件对45钢热处理水淬过程的温度场进行模拟，分析工件的各个部分在热处理水淬过程中的温度变化情况，为优化热处理工艺，使工件经过热处理后获得比较好的力学性能提供一定的理论依据。关键词：45钢，热处理，力学性能，温度场模拟Heat treatment of 45 steel cooling process analysisAbstract: 45 steel is carbon in the high-quality steel, Wc = 0.45%, hot and cold processing performance is good, bet

3、ter mechanical properties, and low cost, easy to get, so widely used in machinery manufacturing. Often used in the small cross section, the load of conditioning parts, such as main shaft, crankshaft, gear, connecting rod, sprocket, etc., its biggest weakness low hardenability, section size and requi

4、res high workpiece is not suitable for adoption. Higher requirements for performance parts, conditioning treatment must be carried out. After tempering process on 45 steel, get evenly tempered sorbite, making it has better comprehensive mechanical properties. Study this subject mainly through experi

5、ment and ANSYS software simulation. Including water quenching heat treatment of 45 steel and heat treatment before and after the contrast of mechanical properties and microstructure of 45 steel; Also, the mechanical properties of 40 cr alloy steel heat treatment and water quenching; Workpiece during

6、 quenching temperature difference between inside and outside the thermal stress and organization stress can result from the finite element ANSYS software of 45 steel heat treatment of water quench process, to simulate the temperature field analysis of the various components of a workpiece in the pro

7、cess of water quenching heat treatment temperature, in order to optimize the heat treatment process, the workpiece after heat treatment to obtain better mechanical performance to provide certain theoretical basis.Keywords: 45 steel, heat treatment, mechanical properties, the temperature field simula

8、tionIII目 录1 绪 论12 资料综述22.1 钢的分类22.2 45钢的热处理工艺32.2.1 加热温度的选择42.2.2 保温时间的选择42.3 小 结73 热处理实验73.1 前期准备83.1.1 实验概述83.1.2 试件准备83.2 45钢的热处理83.2.1 试验设备的介绍83.2.2 实验概述93.2.3 实验步骤103.2.4 实验结果113.3 布氏硬度和洛氏硬度实验113.3.1 布氏硬度实验113.3.2 洛氏硬度实验133.4 拉伸试验153.4.1 实验设备153.4.2 实验步骤153.4.3 实验原理163.4.4 实验结果163.5 45钢热处理前后金相组

9、织的分析比较163.5.1 实验设备和实验前的准备173.5.2 金相图分析183.5.3 实验结果193.6 小 结194 ANSYS有限元分析软件204.1 ANSYS软件概述204.2 基于ANSYS的淬火温度场的数值模拟实例分析224.2.1 前处理阶段224.2.2 温度分布图264.2.3 获取关键点温度随时间变化的曲线图294.3 小 结32总 结33参考文献34致 谢35 1 绪 论钢是经济建设中使用最广，用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有极其重要的地位。作为当今社会应用最广泛的材料之一，其在结构材料中的使用，它的性能在很高层面上决定了产品的质量，因此它性能的提升具有重

10、要的意义1。其中，使用性能则是材料或者被制作成零部件的材料在服役过程中表现出来的一系列特性和性能，如强度、塑性、韧性、耐磨性等物理、化学和力学性能2。为使45具有所需的力学性能，物理性能和化学性能，除了合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。它不改变45钢的外形，通过热处理能充分发挥45钢的潜力，并赋予45钢所需要的各种性能，达到提高45钢质量，延长使用寿命，确保机器安全可靠运行的目的。其中冷却性能是淬火介质重要的性能，它的好坏直接影响到淬火零件的质量，良好的冷却性能可保证淬火后的零件具有一定的硬度和合格的金相组织，可以防止零件变形和开裂3。热分析是广泛应用于各个领域的一种分

11、析工具。估算和控制工件的温度场，分析不同条件下，不同材料及几何形状对温度场变化的影响，防止工件缺陷的产生。热分析在工业生产及科学研究中具有重要作用，而且钢铁行业投资大，工艺复杂，进行有限元模拟分析尤为重要4。ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学多物理场于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上著名的有限元软件公司美国ANSYS公司开发5。ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，求解模块和后处理模块；利用ANSYS软件的热分析模块对钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解，得到钢件淬火不同时刻的温度场，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，对淬火过程中的热应力、残余应力

12、计算提供温度边界条件6。同时ANSYS有限元软件在温度场的模拟过程中，很好的结合了材料变温过程材料热物性参数的变化，特别适用于钢件淬火过程温度场的准确计算，通过利用ANSYS有限元软件对几何外形复杂的45钢零件淬火过程温度场进行有限元模拟，得到零件温度随淬火时间的分布关系。模拟结果与实际过程一致，且运算速度较快，适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化，并为精确计算淬火过程的热应力、残余应力做好准备工作7。为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2 资料综述2.1 钢的分类工业用钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有极其重要的地位7。钢铁材料是工业应用最广、用量最

13、多的金属，其品种繁多、性能各异。按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。结构钢用作各种机器零件的钢，如：渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢；也可用作工程结构的钢，如碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。工具钢用来制造各种工具的钢，根据用途不同可以分为刃具钢、模具钢与量具钢。特殊性能钢是具有特殊物理化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量0.25%）、中碳钢（0.25%含碳量0.6%）、高碳钢（含碳量0.6%）。合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量5%）、中合金钢合金元素总含量=5%-10%）、高合金钢（合金元素总含量10%）。 45钢是中碳结构钢，其相关信息见表2.1。表2.1 45钢相关信息钢号化学成分热处理力学性能应用举例45C 0.42-0.50Mn 0.5-0.8Si 0.17-0.37Cr 0.25正火850淬火：840水回火：600抗拉强度600Mpa屈服强度355Mpa伸长率16断面收缩率40冲击韧性39J小截面、中载荷的调质件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、链轮等牌号用两位数字表示，这两位数字表示平均含碳量的万分之几，比如45