建立了瞬态温度场和应力场的数学模型,并利用Ansys有限元分析软件,实现了薄壁件加热淬火过程中温度场和应力场的数值模拟.对大型钢制薄壁齿圈在感应加热过程中的温度分布、应力分布和最终的变形情况进行了数值模拟,最终变形的模拟结果与实测值相吻合.证实了所建立的模型的正确性,并且适用于筒形薄壁件加热冷却过程中温度场和应力场的预报.基于所建立的数学模型,对钛合金(TC4)制筒形薄壁件的加热冷却过程温度场、应力场以及变形进行了数值模拟.温度场模拟结果表明,淬火过程中相变潜热的释放使温度——时间曲线在相变开始处出现转折,曲线斜率在相变处变小,加热和冷却的速率稍有降低;此外,淬火过程中,筒形件上下表面的边缘处温度变化快,而心部变化慢.应力场模拟结果表明,TC4筒形薄壁件加热至1050℃淬火到室温后,筒形件在两端附近有微小的弯曲变形,筒形件表面存在较大的应力,最大压应力出现在筒形件两端稍偏向内的位置,在端口处将出现最大拉应力;筒形件变形后宏观上呈现喇叭状,而在变形最大和最小的位置之间呈现勺形过渡区.筒形件的直径方向最终变形率为+1.0457﹪.进一步的应力场模拟结果指出,采用950℃固溶处理在813℃经0.5h时效可以大幅降低钛合金筒形件产生的残余应力,同时变形也随之减小.经复合处理(低温渗氮+800℃扩散处理+固溶处理+时效)后的筒形件与直接淬火相比,变形减少47﹪;这源于渗氮后TC4弹性模量和屈服强度的提高.XRD结果指出,钛合金经等离子渗氮+扩渗后表面层由TiN+Ti<,2>N组成;金相观察表明,渗氮扩散层厚度约50μm;纳米探针分析结果表明,渗氮层的杨氏模量为270GPa左右.