45钢热处理油冷过程分析.doc

1、任务书设计题目： 45钢热处理油冷过程分析 1设计的主要任务及目标 建立有限元模型，模拟45钢热处理油冷过程温度场分布；通过实验研究，分析热处理前后45钢组织和力学性能的变化，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2设计的基本要求和内容1）设计的基本要求： 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；论文格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。2）设计内容： 模拟45钢热处理油冷过程中温度场随时间的变化关系；研究45钢热处理前后组织及力学性能的变化；与45钢水淬后的组织和力学性能进行比较，分析原因。 3主要参考文献1）ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用J.冶

2、金能源，2004（05）2）钢件淬火过程温度场的数值模拟J.热加工工艺技术与材料研究，2008（11）3）ANSYS10.0热分析教程与实例解析4）45钢零件淬火过程温度场分布的数值模拟J.重庆大学学报，2003（03）5) 材料科学基础（铁碳合金相图与热处理部分）4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，了解软件，完成开题报告2014.01.10至2014.03.102阅读文献，深入学习软件，确定实验方案2014.03.10至2014.03.313进行模拟计算和试验，准备中期检查2014.04.01至2014.04.204完成模拟计算和试验及结果分析 2014.04.20至2014.

3、05.155撰写毕业论文，准备答辩2014.05.15至2014.06.0545钢热处理油冷过程分析摘要: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、来源广，所以应用广泛。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，它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用1。对于性能要求高的零件，必须进行调质处理。而对45钢进行调质热处理，为了得到回火索氏体，而使其具有良好的综合力学性能。 本文研究课题通过实验和软件模拟，包括对45钢热处理油淬以及对热处理前后45钢的力学性能测试并进行前后对比，同时与水淬进行比较，由于工件在淬

4、火过程中因内外温差会导致热应力和组织应力的产生，利用有限元ANSYS软件对45钢热处理油淬过程的温度场进行模拟，分析工件的各个部分在热处理油淬过程中的温度变化情况，为优化热处理工艺，使工件经热处理后获得优良的性能提供一定的依据。关键词： 45钢，热处理，力学性能，温度场模拟 Heat treatment of 45 steel oil cooling process analysisAbstract:45 steel is carbon in the high-quality steel, Wc = 0.45%, hot and cold processing performance is g

5、ood, better mechanical properties, and low price, wide source, so widely used. Often used in the small cross section, the load of conditioning parts, such as main shaft, crankshaft, gear, connecting rod, sprocket, etc.，It is the biggest weakness of low hardenability , section size and require higher

6、 artifacts should not be used1. For the high performance requirements of parts, conditioning treatment must be carried out. And tempering heat treatment of 45 steel, in order to get tempered sorbite and make it has good comprehensive mechanical properties.This paper research topic through experiment

7、 and software simulation, including heat treatment oil quenching of 45 steel and the mechanical properties of 45 steel before and after the heat treatment test and compared before and after, at the same time compared with water quenching, because of the workpiece during quenching because of internal

8、 and external temperature difference will lead to the generation of thermal stress and organization stress, using the finite element ANSYS software of 45 steel oil quenching heat treatment process, to simulate the temperature field of the analysis of various parts of the workpiece in the process of

9、oil quenching heat treatment temperature, in order to optimize the heat treatment process, the workpiece after heat treatment to obtain good performance to provide a certain basis.Key words: 45 steel, heat treatment, mechanical properties, the temperature field simulationI 目 录1 绪论12 45钢热处理工艺过程研究32.1

10、 45钢简介32.2 热处理工艺方案确定32.2.1 热处理工艺的概念32.2.2 淬火加热温度及保温时间的确定42.2.3 回火加热温度及保温时间的确定62.3 本章小结63 45钢显微组织分析83.1 实验过程概述83.2 金相组织结果与分析83.3 本章小结124 45钢力学性能研究134.1 硬度测定134.1.1 布氏硬度测定134.1.2 洛氏硬度测定154.2 拉伸实验174.2.1 强度性能研究184.2.2 塑性性能研究194.3 本章小结205 45钢油淬过程温度场模拟215.1 有限元模拟技术215.2 温度场模拟245.2.1 有限元模拟过程245.2.2 模拟结果与分

11、析285.3 本章小结34参考文献36致谢381 绪论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。工业用钢中的碳素钢，由于价格低廉，便于冶炼，容易加工，且通过含碳量的增减和不同的热处理可使其性能得到改善，因此能满足很多生产上的要求，至今仍是应用最广泛的钢铁材料。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要的意义1。结构钢是用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢种，如船舶、桥梁、车辆、压力容器以及轴、齿轮、各种联接件等，其中用于制造工程结构的钢又称为工程用钢或构件用钢；机器零件用

12、钢则包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等2。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、来源广，所以应用广泛。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。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用1。对于性能要求高的零件，必须进行调质处理。而对45钢进行调质热处理，为了得到回火索氏体，而使其具有良好的综合力学性能。热处理工艺不改变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。而在热处理淬火工艺中冷却性能是淬火介质重要

13、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4。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。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。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

14、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。45钢作为中碳优质结构钢，在使用前必须对其进行热处理，方能满足对其性能的要求。而热处理分为加热、

15、保温、冷却三个过程，然而工件在淬火冷却过程中由于内外温差会导致热应力和组织应力的产生，这些对材料的力学性能具有重要的影响。因此，我们有必要对45钢热处理油淬过程的温度场进行模拟，以便分析工件各个部分在冷却过程中的温度变化情况，从而优化工艺，使工件最终获得优良的使用性能。本文研究课题通过实验和软件模拟，对45钢热处理油淬以及对热处理前后45钢的力学性能测试并进行前后对比，同时与水淬进行比较，由于工件在淬火过程中因内外温差会导致热应力和组织应力的产生，利用有限元ANSYS软件对45钢热处理油淬过程的温度场进行模拟，分析工件的各个部分在热处理油淬过程中的温度变化情况，为优化热处理工艺，使工件经热处理后获得优良的性能提供一定的依据。2 45钢热处理工艺过程研究2.1 45钢简介 钢铁是以铁和碳为主要组成元素的合金材料。钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属，其品种繁多、性能各异。根据钢材的用途可以分为结构钢、工具