Deform-3D热轧钢板淬火过程的温度场模拟(6)
组织场的计算机模拟发展历史，有关组织性能的预测有很多方法。最早的有以淬透性测量与计算为基础的硬度预报法；30年代以来，Davenpore和Bain在等温条件下，提出了TTT曲线，即时间—-温度转变曲线。由于这种方法在恒温条件下保温观察不同保温时间的组织变化，可以清楚的显示不同温度下的转变特征，因而得到了广泛的应用。但是由于淬火冷却是连续的，TTT曲线无法直接应用；40年代以来人们提出了连续转变曲线(CCT曲线)，这种曲线由于直观、实用而得到了推广。
近年来，人们正在研究以相变动力学和非稳态温度场耦合为基础的计算模拟方法，这种方法理论基础清晰，便于考虑应力对组织转变的影响，因此，它将成为今后的发展趋势。应力场计算机模拟发展历史，工件热处理后性能的好坏与工件的应力场分布有直接的关系，过大的残余应力能是工件报废或是服役工件的不良性能引发各种危险及经济损失。因此，国外对淬火冷却过程应力及其相关课题的研究较早地已经开始研究，但是，真正具有实际应用价值的研究则是从60年代开始的。在应力场的研究方面，取得突破性进展是在进入70年代，由于热弹塑性模型完善，这使得人们可以采用先进的数学模型进行研究，即使用有限单元法通过计算机进行模拟。随着人们研究的不断深入，到了80年代，相变塑性、应力与相应的交互作用等因素被考虑，数学模型越来越逼近真实过程。同时，向工业生产领域的实际应用推进，如法国一家公司在对轴齿轮气冷淬火过程采用热复合模拟计算应力场，展示了料盘上的每个部位零件截面温度场、应力场和应变场。
2.2我国热处理数值模拟技术发展
在我国冷却过程的计算机数值模拟技术发展比较晚。直N80年代中期，我国在一些高校开始选派一些学者到西方国家学习，这些学者开始接触差分法，并进行计算机数值模拟，例如内蒙古科技大学贺友多教授上世纪80年代去美国学习差分法，并成功开发三文传输软件。另外国内一些有实力的企业也开始这方面的工作，例如：上海重机厂等单位开始采用有限差分法，对大型轧辊淬火冷却过程温度场进行了计算，尽管从数学模型、物性参数、换热系数等都进行了大量的简化，但是在计算结果的总体趋势上还是非常有意义的。近年来，北京机电所和上海交大等单位合作对界面剧变的淬火条件进行数值模拟研究，在换热系数和对温度场的数值模拟方面取得了很大的成果。郑州机械研究所等单位在该研究领域也都取得了一定的研究成果。目前，淬火过程的数值模拟正逐渐向淬火剂流场一淬火工件温度场—淬火工件组织场—淬火工件应力应变场的相互耦合的模拟计算过渡。同时，在计算过程中对物性参数非线性问题处理的认识和研究需要不断的深入。总体上来讲，我国的淬火过程数值模拟和国外相比，不论在理论研究方面还是在工业应用方面都存在着一定的差距。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[10]。
目前，普遍采用比较成熟的有限元法，求解控制方程，模拟淬火过程的变化，所使用的有限元软件有MARC、ADINA、ANSYS等，多数的模拟结果都得到了实验测试数据的支持，取得了令人满意的效果。尽管如此，对淬火过程进行数值模拟仍存在很多需要解决的问题，原因在于淬火是一个工件温度场、应力场、组织场、淬火介质流场耦合的过程，但是关于这一耦合过程尚缺乏成熟的定量统一理论，实际无缝钢管淬火冷却中，整个冷却系统的冷却能力不只是与淬火介质有关，而是淬火过程所运用冷却系统的冷却能力有关。由于淬火冷却系统的冷却过程是一个比较复杂的过程，它影响因素很多。一般认为它们之间的相互作用是个多场耦合过程，图2．1给出了淬火工件整个淬火冷却系统过程各个场量相互作用、相互影响的关系：