张宇航，吴日铭

（上海工程技术大学 材料工程学院，上海 201620）

0 引 言

模具钢淬火冷却[1]是一个复杂的过程，芯部的温度变化一直是模具钢热处理工艺研究的焦点和难点。为预测芯部温度变化以及由此带来的组织和残余应力变化，热处理的数值模拟也由此逐渐被广泛应用[2-5]。

工件尺寸远大于实验室模拟测试的试样尺寸，文献报道的模具钢淬火多建立在小尺寸钢块试验研究（如端淬试验），而实际生产中，随着工件尺寸增大及热处理环境的改变，小尺寸工件试样数值模拟研究结果和规律已无法与大截面尺寸工件实际情况相匹配[6]。

从淬火介质状态考虑，高温工件淬入介质，介质立即沸腾。以水为例，淬火开始时，工件壁面的温度远高于水的汽化温度，水首先进入膜态沸腾阶段。随着工件表面温度的降低，淬火冷却过程依次进入过渡沸腾和核态沸腾阶段；在膜态沸腾阶段，工件表面覆盖了一层完整气膜阻止了表面与附近流体的直接接触，热量交换主要依靠表面与气膜间的导热和辐射进行。随着工件表面温度的降低，过热度减小，气膜逐渐变薄直至破裂[7,8]，沸腾程度与工件的表面积和表面粗糙度有关，工件表面积越大，为气泡的生长提供了越多的成核场所。

为准确预测实际生产中大截面尺寸H13模具钢在淬火过程中温度场的变化情况，从优化计算模型和模拟工业试验两方面展开相关研究，即考虑淬火过程中由于沸腾状态引起换热改变，优化计算模型，进行温度场、应力场模拟。……