計算機模擬技術在熱處理工藝裝備中的應用（下）
   三、大型滲碳爐流場動力學分析

    圖12、圖13是四風機有和無導風桶的爐體垂直截面的流場的速度云圖(含矢量圖)。從圖12、圖13中速度分布情況可以看到，有導風桶情況下在齒輪周圍氣體的流動速度較高；而無導風桶情況下齒輪周圍的氣體流動速度較低，尤其是下部的齒輪周邊的氣體流動速度很小。模擬結果顯示，導風桶的使用可以明顯增加齒輪周圍氣體流動強度，改善滲碳氣氛分布效果；而沒有導風桶，即使用四個風機，情況也不樂觀。從圖10至圖12中還有一個啟示值得關注，在大齒輪輪輻上的孔的位置，氣體流速非常大，而此處通常并不需要滲碳，如果在裝夾時把它們蓋住，將有利于提高齒輪齒圈處的氣體流速。

    四、特大型工件的特殊加熱過程的計算機模擬

在一些非常特殊的情況下，計算機模擬技術可以發揮獨特的作用，如125MN油壓機主柱塞材料為45鋼，重達150t。由于工件體積龐大，加工企業現有的加熱爐功率不足以使其控制升溫，難以達到一定厚度淬硬層的設計要求，因此需要制定恰當的加熱工藝使其表面一定厚度處奧氏體化，然后進行淬火。為防止溫度場梯度過大，首先需預熱(500℃)，然后用計算機模擬計算，可得到保溫過程中工件表面與心部以及爐氣溫度隨時間的變化曲線(見圖14)，從而確定恰當的保溫結束時間。

    奧氏體化階段是以全功率加熱升溫，在獲得要求的一定厚度的奧氏體層后噴水淬火。但是由于工件太大，無法控制升溫，從而也就無法預先得知爐氣溫度變化情況，因此以一般的工件溫度場模擬的方法，就遇到一個無法解決的困難，即不能確定工件的環境溫度。為此我們采用了擴展域的概念。擴展域即將分析的對象從工件本身擴展到與工件相關的各個方面，通過它們之間的相互聯系，再通過已知的某些條件來解決問題。本算例中就是通過加熱爐與工件熱流值建立關系，通過熱流量的近似相等推導出爐中的環境溫度。在計算中考慮了工件本身的材料物性參數、組織場的變化對加熱冷卻的影響，同時還考慮了加熱爐與外界環境的熱交換和保溫材料物性參數對整個過程的影響。按照該思路對第二部分奧氏體化階段的升溫過程加以模擬，結果如圖15所示。在實際生產過程中，對模擬計算得到的溫度變化曲線進行了驗證，爐氣的溫度變化和實測值吻合得很好。企業根據此計算結果進行處理，獲得了良好的結果。

    五、結語

    與在工藝過程中的應用一樣，計算機模擬技術在熱處理工藝裝備中的應用同樣具有廣闊的前景和實用價值。它有助于提高熱處理工藝裝備設計的科學性和預見性，使熱處理裝備向著高效、節能和智能化的方向發展。隨著計算機模擬技術和熱處理及相關領域理論的不斷結合、不斷成熟，計算機模擬技術在熱處理工藝裝備中的應用將更加廣泛。