再谈淬火模拟的重要性

Consultanting

渗碳模拟已经被国内的热处理企业广为接受。通过模拟曲线，工艺人员可以直观地了解到碳浓度和硬度在渗层内的分布情况。可以说渗碳技术在计算机模拟的帮助下，已经实现了质的飞跃。

然而淬火模拟在国内还远未受到应有的重视。您淬火的工件表面冷速可以躲过C形曲线的鼻子吗？心部呢？心部得到的是铁素体？珠光体？贝氏体？还是马氏体？当然有丰富经验的工程师可以凭经验或查询一些手册做出准确判断。然而这些判断过程很不直观，也很费脑力。没有经验的工程师可能就会无法判断，或者造成假调质，或者选择了过于潋烈的淬火介质而引起不必要的变形和开裂。

目前德国的热处理工程师们广泛采用淬火模拟软件进行淬透性分析，通过CCT曲线、TTT曲线和工件表面及心部的冷却曲线，使淬火冷却过程也变得更加直观，便于分析。相信这样的模拟计算很快也会在国内广泛采用。附张图片供大家参考。

Consultanting

图中紫色影线反映了工件棱角、表面和心部冷却曲线经过CCT曲线的情况，并且还可以显示到不同温度所需的时间。对研判冷却过程非常有帮助。

hongqk

有没有关于42CrMo在冷却模拟？或者说42CrMo对冷却速度在不同阶段对冷却能力的要求？

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-9 07:20
有没有关于42CrMo在冷却模拟？或者说42CrMo对冷却速度在不同阶段对冷却能力的要求？ ...

上图就是截面尺寸68*68的42CrMo零件在水中冷却的曲线。紫色影线表示工件不同截面位置的冷速。左边表示工件棱角处的温度随时间的变化。右边表示心部温度随时间的变化。中间的虚线表示表面中间的温度随时间的变化。
从图中可以看出，开始时冷速略慢，随后加快，然后又逐渐加快。这是对应着蒸气膜、沸腾和对流三个阶段。
请注意，图上的橫坐标是对数坐标，每个格代表前面的标度数，是越来越大的。
图上任意点的时间和温度都是可以用鼠标读数的，方便查询。
另外，如果您有您的冷却介质的换热系数曲线，也可以输入系统，做为计算的依据。这样可帮助冷却糸统制造商优化冷却曲线。
所以这个软件对于研究冷却过程也是非常有帮助的。附一张德润宝277淬火油的传热系数曲线供参考。大部分冷却介质的曲线都与此类似，中间高，两边低，即高温、低温冷速慢，5~600时冷的快，以避开C形曲线的鼻子。但气体淬火的曲线不一样，是平的，除非通过变频或变压来调整。

hongqk

Consultanting 发表于 2017-7-9 08:37
上图就是截面尺寸68*68的42CrMo零件在水中冷却的曲线。紫色影线表示工件不同截面位置的冷速。左边表示工件 ...

我想用气体淬火。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-9 09:09
我想用气体淬火。

软件中可以选2bar，6bar，10bar等不同压力，不同气体，如氮气、亥气、氢气等淬火。若要更准确，您还可以绘制自已炉子用不同气体的换热系数曲线。然后与CCT或TTT曲线组合使用，研判冷却过程。基础版的Database即可进行上述模拟计算，价格又不贵，可以买一个试一试。

hongqk

Consultanting 发表于 2017-7-9 09:50
软件中可以选2bar，6bar，10bar等不同压力，不同气体，如氮气、亥气、氢气等淬火。若要更准确，您还可以绘 ...

我想换热也是几个方面的问题，一方面是换热器的换热能力，即单位时间内可以换多少热量走。但只有这个能力也没有用，零件本身的换热效果也是一个问题，如果零件的换热面积，换热速度等我们都不是太清的情况下，好计算吗？
也许以后会考虑买一个软件来试试。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-9 12:39
我想换热也是几个方面的问题，一方面是换热器的换热能力，即单位时间内可以换多少热量走。但只有这个能力 ...

这个软件主要是模拟淬火冷却过程中工件冷却曲线与CCT、TTT之间的关糸，帮助热处理工程师确定淬火介质，预测淬火结果。还不是专门的模拟换热过程的软件。所以对热处理工艺人员更适用。但对研究淬火冷却糸统、淬火介质等确实也很有帮助。

另外，炉子企业还可用它来支持销售和售后服务工作也是很有用的。比如帮助您的谈判客户分析产品工艺，制作标书插图，帮助售后部门制定试生产工艺。最近又有两家炉子企业预定了软件，过几天就会告诉他家这两家新用户。

wanggong

Consultanting 发表于 2017-7-8 12:23
图中紫色影线反映了工件棱角、表面和心部冷却曲线经过CCT曲线的情况，并且还可以显示到不同温度所需的时间 ...

那条抛物线形状的红线表示什么?
是的，这个可以较好地解释表面，心部的差异，但对于解决实际问题其实还是作用不大嘀。
我跟你说实话吧，外行太多，别人听不懂热处理术语，怎么办?这张图可以帮忙，有数据有图表。
热处理人员遇到表面心部差异时，本来心中就应该有这张图表，只是真实的数据无法获取，但表面过了临界冷却速度或接近临界冷速，心部冷速慢与临界冷速相差较远，所以出现差异。真正的实际冷却速度无法测试而已。但知道原因就可以明确方向或判断现有条件下的可能性。
淬火油的冷却特性曲线形状都与这个形状完全不同。虽然实际冷却速度与淬火油冷速是否形状相似不一定。实际冷却速度也与其它因素关联。
这张图的作用也是在于“解释”清楚冷却时表面与心部的差异，找到方向。而这个作用，有经验的热处理工程师应该都具备这个能力，实际生活中很多从业人员不具备那是另外一回事情。而且有经验的热处理工程师也就能够知道下一步行动的方向。而这个软件不具备这个能力，他却可以事后解释。因为热处理的规律就在那里，如果表面与心部差异不大，把这块阴影区域往左移动或者把C曲线往右移动，如果差异很大，就把阴影区域往右移动，或者把C曲线往左移动，肯定是对。
可是，但是。。。。。还是有很多人听不明白听不懂啊！洋专家！高级工程师，还有本专业但已经走上管理岗位的领导，非此专业的领导，总工就更加不用说啦！

Consultanting

wanggong 发表于 2017-7-9 15:24
那条抛物线形状的红线表示什么?
是的，这个可以较好地解释表面，心部的差异，但对于解决实际问题其实还是 ...

说的对，您是专家！好的热处理工程师心里就有这张图。软件只是把它模拟出来，使它变直观。可以让有经验的工程师更容易深入思考。也可以帮助年青人快速建立这种思考问题的方法。您观察的很细，那根红线是冷却过程中表面与心部的温差δt.。

Consultanting

Consultanting 发表于 2017-7-9 08:37
上图就是截面尺寸68*68的42CrMo零件在水中冷却的曲线。紫色影线表示工件不同截面位置的冷速。左边表示工件 ...

水和10bar氮气的换热糸数曲线。

wanggong

Consultanting 发表于 2017-7-9 16:11
说的对，您是专家！好的热处理工程师心里就有这张图。软件只是把它模拟出来，使它变直观。可以让有经验的 ...

这也是这个软件的意义所在吧。
希望贵公司软件大卖，让更多的人能够懂得热处理道理。

Consultanting

wanggong 发表于 2017-7-10 08:08
这也是这个软件的意义所在吧。
希望贵公司软件大卖，让更多的人能够懂得热处理道理。 ...

谢谢您的理解！软件就象单反相机，有专业背景的工艺人员可以借助它分析问题，编制更好的工艺，而不会因为它的局限性而影响正常的判断。软件决不是傻瓜相机，没有专业知识的人直接生搬硬套地使用，反而会给企业带来负面的影响。多谢理解！

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-9 12:39
我想换热也是几个方面的问题，一方面是换热器的换热能力，即单位时间内可以换多少热量走。但只有这个能力 ...

益发施迈茨(上海)巳定购索默软件包。对研发、销售和售后服务工作肯定是很有帮助的。

hongqk

Consultanting 发表于 2017-7-9 17:19
水和10bar氮气的换热糸数曲线。

氮气的冷能力度是一根直线吗？

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-11 12:01
氮气的冷能力度是一根直线吗？

我觉得这是氮气在一定的压力和循环条件下的理想换热系数曲线。如果考虑炉子的因素和充气过程等，曲线应该有些变化，但对冷却结果影响不大。气体冷却的换热系数与液体完全不同，没有三个阶段。

hongqk

气体的冷却如果不考虑零件本身的换热能力、设备的结构及换热器的换热能力，就气体本身而言，气体的压力、流量及流速等影响冷却速度的有具体量化的东西来描述吗？

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-11 12:31
气体的冷却如果不考虑零件本身的换热能力、设备的结构及换热器的换热能力，就气体本身而言，气体的压力、流 ...

公式有，但很复杂。不过您说的边界条件都固定了，也就仅与气体的流速和压力有关了。也就是V和P两项。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-11 12:31
气体的冷却如果不考虑零件本身的换热能力、设备的结构及换热器的换热能力，就气体本身而言，气体的压力、流 ...

给您几个α值供参考。10bar氮气，上下交替，满载450~600，半载500~650
  双室炉满载750~900，半载也差不多。/

hongqk

Consultanting 发表于 2017-7-11 18:27
公式有，但很复杂。不过您说的边界条件都固定了，也就仅与气体的流速和压力有关了。也就是V和P两项。
...

看到这个公式，让我想起很久之前做的一次质量体系的培训课上，有老师讲到了外国人的研究很痴迷，甚至包括了光合影的关系，也希望用数学公式来表示，这个数学模型这也算是软件的核心所在，没有大量的研究是做不到的。

骑驴者何人

Consultanting 发表于 2017-7-11 18:27
公式有，但很复杂。不过您说的边界条件都固定了，也就仅与气体的流速和压力有关了。也就是V和P两项。
...

这个公式里各相系数如何确定的    K是一个常数吧  是多少？气体冷却曲线没有三个阶段，是条直线？这公式里动粘度不会和温度有关么？如何理解这冷却曲线是条直线？

Consultanting

骑驴者何人 发表于 2017-7-12 08:34
这个公式里各相系数如何确定的    K是一个常数吧  是多少？气体冷却曲线没有三个阶段，是条直线？这公式 ...

k是常数，是多少，我也丕知道。气体确认后，公式可简化，见附图。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-12 06:58
看到这个公式，让我想起很久之前做的一次质量体系的培训课上，有老师讲到了外国人的研究很痴迷，甚至包括 ...

从简化的公式可以看出，炉子和气体一旦确定，要想实现不同的冷却曲线，可控的参数只有气体的流速和压力。这两个参数可以通过变频和冲、放气或其它的什么办法快速调整吗？

hongqk

Consultanting 发表于 2017-7-12 10:53
从简化的公式可以看出，炉子和气体一旦确定，要想实现不同的冷却曲线，可控的参数只有气体的流速和压力。 ...

炉内冷却气体的压力与温度相关，我们实际的冷却过程，开始的时候，随着温度的下降，炉内压力也会下降，这时可以补入一些气体来维持冷却压力，当温度冷过鼻尖之后，就没有必要补气了，所以炉内开始虽然压力是一个稳定值，实际质量是一个变量值。
实现不同的冷却曲线，设定不同的冷却压力是最容易实现的，除了变频和充、放气之外，也许配合调节风门的大小也是可以的。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-12 11:18
炉内冷却气体的压力与温度相关，我们实际的冷却过程，开始的时候，随着温度的下降，炉内压力也会下降，这 ...

以前气冷过了鼻子也不改变压力和循环。现在还是这样吗？按说应该降低点压力或循环量。这样可以使冷速慢下来，对变形有好处，也不影响淬火结果。不知炉子带不带这样的功能？

wanggong

Consultanting 发表于 2017-7-12 11:49
以前气冷过了鼻子也不改变压力和循环。现在还是这样吗？按说应该降低点压力或循环量。这样可以使冷速慢下 ...

如何判断过了鼻子没有？这可能算不出来，也测不出来。这就是问题难点。

Consultanting

wanggong 发表于 2017-7-12 12:45
如何判断过了鼻子没有？这可能算不出来，也测不出来。这就是问题难点。 ...

我觉得可能有三种办法。①查些手册或图表②用模拟软件③用试样实测。
第①②种方法可能有些误差。第③种方法可能成本高，费事。

Consultanting

hongqk 发表于 2017-7-11 12:01
氮气的冷能力度是一根直线吗？

与索默博士交流了一下，假设一个小工件进入到一个氮气温度、压力和循环都恒定的环境中冷却，即理想状态。那么氮气的换热系数曲线就是一条直线。因为它没有蒸气膜、沸腾和对流三个阶段，只有对流换热。这样的冷却曲线并不好，低温冷速相对太快。但优点是可以很容易通过压力、循环或温度可控调节。对理想状态的研究可以帮助我们认识气体冷却的特点，虽然实际过程并非理想状态。所以索默软件给了多种冷却方法的选择，比如H值法，α值法以及各种介质理解状态法等等。选用时要结合实际情况。

Consultanting

上面大家谈的多是气冷的一些话题。其实大多数零件采用水冷、油和淬火液冷或空冷。这些介质的冷却大家习以为常。但这也是发生问题最多的地方。家里有很多帖子是关于淬不硬、淬硬层不够、金相不合格或开裂的问题。还有双液淬火怎样预估第一介质的冷却时间等等。其实模拟软件可以在这些方面给大家很好的帮助。软模拟的冷却曲线与CCT或TTT的组合习以帮我们看清问题的本质，找出解决的办法。

Consultanting

在德国随便找几家专业热处理厂问一问，都在用索默软件，就象我们买套热处理手册一样。以前要想编制好的热处理工艺，没有几本好的手册或参考书是不可能的。现在若没有几个好的模拟软件帮忙，同样也很难提高工艺水平。但在国内，模拟软件还只是刚刚起步。想信很快会有更多的企业会认识到这一点！

Consultanting

淬火模拟计算在德国很受重视。索默糸列软件中数据库软件Database本身就可以针对有CCT曲线和TTT曲线的钢材进行初步淬火模拟计算。随后又开发了Hardenability软件专门用于结构钢的CCT曲线进行计算，并对淬火回火进行更详细模拟计算。由些可见淬火模拟计算的重要性非同一般。

Consultanting

又有一家热处理炉制造企业一一上海沪森金属科技有限公司购买了索默热处理工艺辅助设计软件！看来该软件不仅适合专业热处理厂，也很适合炉子制造企业！

Consultanting

世界知名企业喜利德再次购买索默软件。这是该企业第二次购买该软件，是回头客。说明该软件有用，好使！