1、概述 “工業(yè)4.0和第三次工業(yè)革命”催生了大量先進技術，虛擬熱處理就是一種熱處理數(shù)值模擬技術，或稱熱處理計算機模擬。虛擬熱處理圍繞緊固件或機械零部件的性能要求，對相變、組織、殘余應力、變形及其相互關系等進行系統(tǒng)的計算機模擬、計算和預測，并提出優(yōu)化的熱處理工藝試驗方案。 熱處理飽含復雜的技術內涵，研究熱處理耗資、耗人又耗時，熱處理涉及一個繁雜的工藝系統(tǒng)和工序網(wǎng)絡，研究方法要走向計算機，發(fā)展方向是智能化。虛擬熱處理具有快速和經(jīng)濟可承受性優(yōu)點，虛擬熱處理不僅是一種方法，也是智能化的基礎。因此，虛擬熱處理是當今熱處理的重要發(fā)展方向。發(fā)展虛擬熱處理的前提是多學科、跨學科的知識和技術基礎數(shù)據(jù)庫，需要決策者的遠見卓識。虛擬熱處理將把熱處理帶入一個新時代。當然，虛擬熱處理需要經(jīng)過驗證才能成為真實、實用的熱處理技術。 虛擬熱處理的主要內涵包括：①各種熱處理工藝的計算機模擬；②基礎數(shù)據(jù)庫；③編制軟件與計算；④特大型關鍵構件虛擬熱處理；⑤熱處理工藝驗證技術體系等。 當前，虛擬熱處理是世界熱處理的主要發(fā)展方向和發(fā)達國家的研究熱點。國際組織IMS 于2003 年組織歐盟、日本、韓國成立了國際性共同研究課題組( VHT，Virtual Heat Treatment system， IMS010014 ) ，針對以熱處理變形控制為主題開展了國際合作研究，其重點是以試驗驗證為基礎，開發(fā)具有新功能、高精度的數(shù)值模擬軟件，具有數(shù)據(jù)挖掘功能的材料數(shù)據(jù)庫，熱處理知識庫和熱處理工藝優(yōu)化分析的統(tǒng)一型虛擬系統(tǒng)。實踐表明，熱處理技術革新起了重要作用。對熱處理技術革新也起了重要推動作用。 2、問題提出 直升飛機傳動系統(tǒng)齒輪設計要求是齒根處為壓應力，且分布均勻，以防止產(chǎn)生疲勞裂紋。通過先進的模擬技術和熱處理工藝預測并獲得預期的應力分布，淬火熱處理后，大幅度延長了服役壽命。高鐵扣件設計要求是螺紋處存在負應力，以防止早期疲勞裂紋，通過先進的模擬技術和熱處理工藝預測并獲得預期的應力分布，淬火熱處理后，解決了正應力釋放，扣件安裝服役問題。中國緊固件熱處理處于落后狀態(tài)，發(fā)展虛擬熱處理不失為快速提升技術水平的有效途徑。 中國緊固件的能源消耗大、利用率低，特別熱處理是排放大戶、環(huán)境污染的重要領域，亟待改變發(fā)展方式。虛擬熱處理將使從業(yè)人員都能在清潔、安全、舒適的環(huán)境中工作，虛擬熱處理的快速信息傳遞和共享優(yōu)勢，可節(jié)省大量硬件和能源，減少大量的試驗費用、排放和環(huán)境污染。對癥下藥，無疑是適合中國緊固件熱處理的重要發(fā)展方向。 中國緊固件亟待改變發(fā)展方式，核心是高等級、高檔次、高效、節(jié)能、清潔、產(chǎn)業(yè)化，這一目標完美體現(xiàn)了虛擬熱處理特點。虛擬熱處理是高等級、高檔次、高效熱處理的核心技術，清潔熱處理的體現(xiàn)和熱處理產(chǎn)業(yè)化的支撐技術。虛擬熱處理賦予熱處理強烈的時代特征。 3、基本概念 熱處理的“4 把火”，首先的“淬火”，是將鋼加熱到臨界溫度A c1、A c3或Ac cm以上奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度快冷到Ms 點以下進行馬氏體相變的熱處理工藝。其它合金，如鋁合金、鈦合金、高溫合金及非金屬材料，凡具有快速冷卻過程的熱處理均稱淬火。熱處理的理論基礎是相變，保證實現(xiàn)相變的方法是加熱與冷卻。加熱控制高溫相變，高溫相變是低溫相變的前提和基礎；冷卻控制中低溫相變，中低溫相變產(chǎn)物保留于緊固件中，是極限性能和極限服役性能的前提和保障。例如，鋼的CCT 曲線、TTT 曲線提出了淬火冷卻速度的要求，低于臨界冷卻速度淬火后，得不到預期的馬氏體組織、殘余應力場與性能；淬火冷卻速度高還會發(fā)生裂縫，因而需要冷至不同溫度有相適應的冷卻速度；高溫合金固溶后冷卻速度低時，過程析出相會導致性能降低。大型關鍵緊固件一直受制于淬火冷卻速度，困擾于淬火冷卻介質。由于不同的材料和關鍵緊固件需要不同的淬火冷卻速度，研究淬火冷卻介質發(fā)展是一道技術難點。 4、虛擬熱處理的地位 虛擬熱處理成為其緊固件的先期技術，必不可少的程序和制訂工藝的前提條件。虛擬熱處理也是一種理念，把熱處理技術與關鍵緊固件推舉到國際先進品質和競爭地位，目標是先進熱處理技術和高等級、高檔次、高可靠、結構減重的關鍵緊固件，其理論基礎是相變和“無應力集中”抗疲勞概念。虛擬熱處理技術的基本理念是，自主創(chuàng)新并建立技術體系，以大型關鍵緊固件為切入點，達到國際先進水平。 虛擬熱處理關鍵技術體系包括：①各種緊固件熱處理工藝的計算機模擬技術體系與產(chǎn)業(yè)；②基礎數(shù)據(jù)庫技術體系；③軟件技術體系；④計算機技術體系； ⑤大型關鍵緊固件虛擬熱處理技術體系；⑥工藝驗證技術體系等。 技術目標：在15～20年內，①研究并建立各種熱處理工藝的計算機模擬技術體系；②研究并建立緊固件虛擬熱處理技術體系；③各項技術達到國外先進水平并進入各緊固件產(chǎn)業(yè)；④關鍵緊固件疲勞壽命不低于國外現(xiàn)役同類緊固件；⑤關鍵緊固件虛擬熱處理技術普及率達到100%以上。

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