链轮作为一种重要的机械传动零件,具有传输速度快、效率高、运载能力强、占用空间小等优势,有着极其广泛的应用。表面磨损是造成链轮失效的主要原因,感应淬火可以提高链轮表面的硬度和耐磨性,而且保持心部的塑性和韧性,改善链轮的综合力学性能。随着计算机技术的发展,应用数值模拟来预测和指导感应淬火过程变得越来越普遍。通过数值模拟来研究链轮感应淬火的温度、组织、应力的变化过程,对于链轮的工艺优化具有很大的指导意义和实用价值。本文对链轮感应淬火有限元数值模拟所做的主要研究内容如下:基于Ansys建立用于电磁场、温度场模拟计算的链轮有限元数值模型,通过顺序耦合法实现了电磁场和温度场的耦合,分析了链轮感应淬火时磁感应强度和感应涡流的分布情况,研究了电流频率、电流密度、空气间隙等参数对链轮感应淬火温度分布的影响。结果表明:感应淬火过程中磁感应强度和感应涡流集中分布在链轮表层,且分布层较浅;随电流频率的增加,加热速度越快,集肤深度越浅。链轮感应淬火时的尖角效应主要表现在齿根区域,且频率越高,尖角效应越明显;电流密度越大,加热速度越快,同时电流密度强化了尖角效应的作用;空气间隙距离越大,加热速度越慢,能达到的最高温度逐渐降低,在空气间隙小于15mm的范围内,最高温度的降低速率与空气间隙呈现“反抛物线”的二次函数关系。通过调整电流密度和电流频率,从双频加热时不同频率对应的电流密度是否改变、中频与高频加热的先后顺序两个角度出发,研究了不同组合方法的加热特点,应用双频加热对链轮硬化层分布进行了优化处理;此外还分析了冷却系数在感应淬火中起到的作用。结果表明:电流密度恒定时,难以同时满足中频和高频的加热需求,加热效果不理想;当电流密度随频率变化时,先中频后高频加热的方法,比较容易将齿根和齿顶同时加热,但是高频加热会对中频加热时形成的温度分布造成较大的干扰;先高频后中频加热方法,实现了不同频率分别加热不同区域,该方法更容易控制温度分布,能够得到更好的淬硬层分布,通过该方法优化得到了沿齿廓线分布的淬硬层。不同冷却系数下淬火结果表明,冷却系数较小时,齿根容易因冷却不足而导致组织转变不完全。应用APDL语言编写了加热过程中奥氏体组织相变程序和冷却过程中马氏体组织相变程序,其中奥氏体体积分数求解过程还考虑了加热速度对奥氏体开始转变温度的影响。根据链轮在不同工艺参数下的组织相变情况,分析链轮的加热效果,得到定量的组织变化参数,直观地判断感应淬火后的淬硬层分布情况。实验与模拟数据对比发现,淬硬层的模拟结果与实验结果吻合较好。应用APDL语言编写了应力场计算程序,应用物理环境法计算热应力,通过对Ansys二次开发计算跟相变有关的应力,然后将内外两部分计算得到的应力经过数据转换在Ansys中整合,分析温度变化、相变过程对应力变化的影响。结果表明:感应淬火过程中最大热应力出现在齿根表面,且表现为拉应力;考虑相变过程时的应力分析表明,相变过程对应力分布的影响远远大于温度的影响,而且在淬火前夕的奥氏体相变过程中容易产生较大的拉应力;验证了应用Ansys完整求解电磁场、温度场、组织场、应力场变化过程的思路是可行的。