主动车轮轴调质工艺的数值模拟

吴义元 谢吉强 贾 伟

上海振华港机重工有限公司 上海 201913

0 引言

热处理是指材料在固态下通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。热处理属于高能耗的基础工业，金属材料热处理工艺的制定和优化长期以来较为依赖经验或试错的方法。由于对温度场、组织场和应力场耦合求解析解非常困难[1]，出于降低能耗和提高金属材料的力学性能考虑，过去三十年间，大量的研究采用数值方法对淬火和其他热处理过程进行了模拟[2]，以加深对工艺过程物理量变化规律的理解。同时，为了促进数值模拟技术的发展和普及，我国也开始颁布相关的技术规范[3]。一些工业技术先进的国家近几年来出版的热处理手册[4-7]中，数值模拟方面的章节也有增加的趋势。这些均反映了数值模拟技术的发展与应用日益广泛。本文以一种典型阶梯轴类零件的调质热处理工艺来作为案例进行模拟仿真，探讨有限元分析在热处理工艺中的应用。

1 主动车轮轴的调质工艺

1.1 炉内加热

主动车轮轴通常采用井式炉进行加热。加热过程中，工件表面接受来自电炉内的加热元件以及炉壁的辐射传热和炉膛内空气对流传热热量，再通过热传导的方式向内部传递，工件最终形成均匀奥氏体，完成加热的过程。

用于分析的主动车轮轴尺寸参数如图1所示，材料牌号为35CrMo，最大直径216 mm，最小直径126 mm，直径相差90 mm。

图1 主动车轮轴的主要尺寸

炉内加热的参数为450 ℃装炉，随炉升温2.5 h至850 ℃，保温2.5 h。……