DEFORM感应淬火模拟仿真技术

DEFORM感应加热模拟仿真技术

1  背景

    电磁感应加热及淬火是广泛采用的表面强化技术之一。电磁感应加热及淬火工艺过程涉及多种物理场的复杂耦合，包括电磁场、温度场、组织场和应力应变场等。电磁感应加热及淬火工艺方案设计需要综合运用多学科理论与知识，难度非常大，而且对于感应设备及新产品的感应加热及淬火问题，往往需要进行反反复复的试验，周期长、成本高，大大影响了电磁感应加热及淬火工艺应用的综合效果。

DEFORM是一款专业金属成形及热处理工艺仿真软件，三十多年来的工业实践证明了软件的准确性和稳定性。DEFORM软件领先行业同类软件，率先具备感应加热及淬火和电阻加热等高级分析功能，真正实现了同一平台下多种物理场的耦合计算，帮助设计人员进一步认识和了解感应加热及淬火工艺过程，优化工艺方案。

DEFORM软件可以采用有限元（FEM）和边界元（BEM）等两种方法模拟感应加热及淬火工艺过程，如下图所示：

                                               有限元法（FEM）                   边界元法（BEM）

Deform-HT通过FEM有限元及BEM边界元算法进行感应热处理的分析，包括单频和多频感应加热及加热及淬火工艺过程，可计算磁场密度、加热温度场、残余应力、相转变深度、热处理变形、裂纹等结果，优化线圈设计及电流参数、加热及淬火时间及冷却方式。

                                                                                   电感应加热分析

2  应用案例                                              

案例一：曲轴坯料感应加热

该案例为曲轴坯料的预热过程模拟，借助DEFORM软件边界元法模拟整个感应加热过程，准确获得工件温度场及相组织体积分数，为设计人员工艺优化设计提供理论依据。坯料温度场分布如下图所示：

                                                                                        坯料温度场

案例二：轴感应加热及淬火

该案例模拟轴零件感应加热及淬火工艺过程，轴首先奥氏体化，然后通过喷水冷却方式实现表面硬化。轴感应加热及淬火温度场及马氏体体积分数分布如下图所示：

温度场                                                                         马氏体体积分数

案例三：直齿圆柱齿轮感应加热及淬火

该案例为直齿圆柱齿轮感应加热及淬火仿真分析，感应线圈绕轴线旋转，使轮齿均匀加热。感应加热过程中齿轮先奥氏体化，冷却过程中转变为马氏体。装配体模型、齿轮温度场及相组织体积分数分布如下图所示：

温度场           相组织体积分数

案例四：某产品高频感应加热

加热模型包括感应线圈、加热件和冷却装置，线圈内部电流频率为75KHz，电流量为500A，在5-8s内加热工件。要求加热主要部分温度达到800度以上。

感应加热模型

感应加热过程-温度场分布

加热件内部温度场分布

电场密度分布云图（com1）

电场密度分布云图（com2）

                                                                                                            磁场密度分布