thin 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
gs 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
（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
图3 输入几何体
things in th3、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。
eir being are good for s ll things in th图5 网格划分
图6 层厚度设置
eir be4、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。
ing ar图4 选择几何体文件
e good for so things in th图8 材料输入
eir
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。
being图7 网格生成后的工件三维图形
are good for so things in th图10 选择钢号
eir be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。
ing are good for so thin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。
gs in图13 完成材料设置(to be continued)
their being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。
are good for so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。
thin 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。
gs in图15 介质设置界面
their being are good 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。
things3）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。
in图17 加热炉参数设置
图18 介质水的设置
their being are goo2）加热炉参数设置：
点击“减号”，去掉“Media 1”，将热传递系数（Heat coefficient）改成0.1，选中辐射“Radiation”见图17。
d f图16 加热炉设置
transfer
or so4）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。
thin
gs in图20 选择f(Temp)
their5）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。
be图19 添加区域1
ing are good for s图21 温度与对流系数设置202505007501000 beTemperoratureeir thng at a time and All thin8、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。gs iningConvection Coefficient2.12.86.84.02.5 are good for somethin图22 工艺程序设置
ll things9、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。
in th图23 模拟控制
eir being are good for so 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
and All things in their be10、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。
ing ar图25 创建数据库文件已经成功提示
(to be continued)
e good f图24 固定节点边界条件已经添加提示
or som hin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。
gs in th图28 剖切设置
eir being are good 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29 剖切后的零件
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。
gs in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。
their being ar2）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。
e good for so图32 定点跟踪设置
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。
ll things in their being 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。
are good for so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
hings in their being ar图34 温度分布的定点跟踪
e good for so硬度最低。
hings5、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。
in图38 较大零件硬度分布分析
图39 马氏体含量与分布
their being ar图37 硬度的定点跟踪分析
e good for so things in图40 珠光体含量与分布图41 奥氏体含量与分布
their being ar e good for so
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