高压气淬作为一种“绿色热处理”技术,以其无氧化、清洁高效等独特的优势逐渐成为一种主导工艺。由于高压气淬过程中气体流动的复杂性,更加快速均匀的淬火技术尚未达到,无法同时满足冷却速度和冷却均匀性的要求,容易出现工件变形大、同炉不同硬度的情况。本文以圆周喷嘴型高压气淬炉为研究对象,对其高压气淬过程进行分析,利用数值模拟方法,从工艺参数和风道结构方面提升典型工件淬火效果。分析了高压气体淬火过程中的气体流动与传热特点,确定了高压气淬过程数值模拟的边界设置条件。应用Fluent软件对高压气体淬火过程中的流场和温度场进行数值模拟,并通过风速、温度测量等实验进行验证,实验数据与模拟值基本相符,误差在15%以内,证实了模型的准确性和可靠性,为后续模拟优化提供基础。本文从冷却速度和冷却均匀性两个角度建立了淬火效果评价体系,通过单一变量控制法研究了不同气淬工艺参数对淬火效果的影响,得到气淬工艺的一般规律:增大淬火压力和流速都能提高工件冷却速度,但同时在一定程度上会降低冷却均匀性,还需要综合经济因素和淬火效果选定合适的工艺参数。通过国内外研究文献表明,风道结构中喷嘴数量、喷嘴直径和风管数量对淬火效果都有重要影响,将其作为设计变量,在一定装炉量下,以淬火100s后的长方体工件的平均温度和温度标准差作为目标函数,结合响应面试验设计和数值模拟方法,构建出响应面模型。经过方差分析和模拟验证后,认为模型可以代替数值模拟进行结构优化。综合考虑冷却速度和冷却均匀性,对风道结构进行优化,优化结果表明:风管数量为8个,风管上均匀分布喷嘴数量为4个,喷嘴直径为24mm时,淬火效果较好。相比之前的结构,工件淬火100s后平均温度降低17.5%,温度标准差降低12.7%,淬火速度和冷却均匀性得到一定提高,在一定程度上实现了气淬风道结构优化。