本文基于传热学和相变学的基本原理,采用有限单元法、淬火组织临界冷速的P.Maynier模型和淬火硬度模型等,对T8钢和45钢的圆柱形试样及P20大型塑料模块的淬火冷却过程进行了计算机仿真计算。文中着重模拟预测了它们的三维淬火瞬态温度场、相组织场及硬度场等。并通过淬火温度场的实验测试、淬火金相组织观察、硬度的测定及与已发表文献数据进行比较等方法,对模拟结果进行了验证。 本文的淬火温度场数学模型考虑了试样材料热物性参数和淬火介质换热系数的非线性,包含了相变潜热与温度场的耦合计算,并用ANSYS中的ADPL语言对试样编制了相应的计算程序。试验表明,对一般钢种来说,700℃时试样各点的冷却速度主要取决于至水冷端的距离,而与钢的化学成分关系不大;另外,其对淬火组织场、硬度场的形成极为关键。为此本文在Excel软件基础上,对ANSYS中导出的数据分别用分段曲线拟合及求导等数学方法进行了处理。为提高模拟精度及节省计算时间,本文采用了对模型表面单元格细分及变时间步长等方法。结果表明,试样温度场、组织场和硬度场的计算值与实测值符合较好。 实际工件淬火过程的温度场和组织等的计算机仿真内容极为庞大和复杂,还有大量的问题岑待解决。本文为今后这方面的研究打下了基础。随着各种材料热物性参数的完善、ANSYS网格划分的优化及定义余量方面的正确处理,将进一步提高模拟过程的准确性。