《熱處理工藝數值模擬技術》系統地闡述熱處理過程中溫度場、組織轉變、力學性能、應力/應變場、滲碳過程的濃度場等物理場量的數值模擬技術，并通過相應的實驗數據或者典型問題的解析數據對數值模擬的結果進行驗證，證明數值模擬技術的性。針對在材料熱加工過程中的界面換熱問題，系統地介紹了基于化和數值模擬技術的反向熱傳導技術，以及各類界面換熱系數的求解技術。針對加熱過程中的材料奧氏體化，系統地介紹了奧氏體化相變動力學模型以及各個材料參數的求解方法，實現了材料奧氏體化過程的數值模擬。
《熱處理工藝數值模擬技術》基于工程實例介紹熱處理過程的計算機數值模擬技術。針對高校的研究人員和企業的工程技術人員對于感應淬火工藝數值模擬技術的需求，以精密滾珠絲杠的感應淬火工藝為例系統地闡述了感應淬火工藝數值模擬的關鍵技術，并把數值模擬的結果與絲杠生產過程上的結果進行了對比，驗證了所提方法的性。 《熱處理工藝數值模擬技術》的感應淬火工藝模擬技術的內容受到了國家科技重大專項“品質數控機床”中“關鍵功能部件的熱處理共性技術的研究”項目的資助。
李輝平，山東科技大學，教授，承擔了本科生《大學計算機基礎》《模具CAD/CAM》《材料成型計算機應用》《材料成型原理及工藝》《壓力加工工藝及設備》《計算機在金屬材料工程中的應用》等課程的教學任務；指導多屆本科生完成了生產實習、畢業設計等教學環節；每年面向本科生和研究生開設技能培訓方面的暑期學校課程。獲得山東省大學青年教師講課比賽、山東科技大學材料學院院士獎教金等獎項。
第1章 概述 11.1 引言 11.2 虛擬熱處理的基本概念 21.3 淬火工藝模擬技術的國內外研究現狀 31.3.1 國外淬火工藝模擬研究現狀 31.3.2 國內淬火工藝模擬研究現狀 31.3.3 國內外的熱處理軟件包 41.3.4 熱處理過程的優化 61.4 淬火過程數值模擬的難點及存在的問題 7第2章 淬火工藝溫度場模擬技術 92.1 引言 92.2 淬火過程導熱偏微分方程 102.2.1 溫度場控制方程 102.2.2 初始條件 102.2.3 邊界條件 112.3 瞬態溫度場的變分 122.3.1 平面瞬態溫度場的變分 122.3.2 軸對稱瞬態溫度場的變分 182.4 瞬態溫度場的求解 192.4.1 差分方法 192.4.2 系數矩陣的存儲方法 202.4.3 溫度場數值振蕩問題 212.5 熱物性參數的選擇 282.6 溫度場計算流程框圖 282.7 溫度場有限元模擬程序驗證 302.7.1 變熱導率定常內熱的一維穩態熱傳導問題 302.7.2 無內熱二維瞬態熱傳導問題 31本章小結 33第3章 淬火工藝相變過程模擬技術 343.1 引言 343.2 TTT 曲線 353.3 相變過程的數學模型 353.3.1 擴散型轉變 353.3.2 非擴散型轉變 363.3.3 馬氏體相變溫度的計算 363.3.4 貝氏體相變溫度的計算 373.3.5 相變潛熱的計算與處理 373.4 Scheil疊加法則 373.5 杠桿定律 393.6 淬火過程的相變塑性 403.7 淬火力學性能計算 413.8 組織場模擬流程框圖 413.9 P20端淬工藝模擬與實驗研究 433.9.1 端淬工藝模擬 433.9.2 端淬實驗研究 443.9.3 相變潛熱對溫度場和組織場的影響 52本章小結 53第4章 淬火過程冷卻曲線的采集及介質傳熱系數的計算 554.1 引言 554.2 計算模型及計算方法 564.2.1 計算模型的建立 564.2.2 傳熱系數優化區間的確定 564.2.3 傳熱系數值的確定 584.2.4 黃金分割法迭代次數的分析 604.3 傳熱系數的求解 614.4 實驗裝置 654.4.1 實驗工裝 654.4.2 熱電偶 664.4.3 熱電偶調理板 684.4.4 數據采集卡 684.5 冷卻曲線的采集及傳熱系數計算 71本章小結 76第5章 淬火過程應力/應變場的模擬技術 785.1 引言 785.2 淬火過程力學基本方程 795.3 熱彈塑性本構關系 805.3.1 彈性區的應力應變關系 805.3.2 塑性區的應力應變關系 825.3.3 過渡區的彈塑性比例系數的計算 845.4 應力/應變場有限元基本理論與技術 865.4.1 單元和形函數 865.4.2 單元應變速率矩陣 875.4.3 等效應變速率矩陣 895.4.4 邊界條件 895.5 熱彈塑性問題求解 895.5.1 變分方程及剛度矩陣 895.5.2 增量變剛陣方法 905.5.3 迭代收斂準則 925.6 預應力淬火過程的應力、應變計算 925.7 應力、應變計算流程圖 945.8 應力/應變計算程序檢驗 95本章小結 98第6章 淬火過程溫度、相變和應力的耦合分析 1006.1 引言 1006.2 耦合分析程序流程框圖 1026.3 耦合分析有限元模型 1036.4 溫度、相變及應力應變耦合分析 1046.4.1 溫度場的模擬 1046.4.2 組織場的模擬 1066.4.3 應力/應變場模擬 1086.5 彈塑性區域的演變 1156.6 淬火零件的變形 117本章小結 119第7章 滲碳工藝有限元模擬關鍵技術研究 1217.1 引言 1217.2 滲碳工藝有限元模擬 1237.2.1 基本條件 1237.2.2 瞬態濃度場的變分 1237.2.3 有限差分法 1307.2.4 濃度場的數值振蕩問題 1317.3 有限元模擬程序的實驗驗證 1327.3.1 圓柱體的實驗與模擬 1327.3.2 齒輪的實驗與模擬 133第8章 基于MC方法的組織模擬關鍵技術研究 1398.1 晶粒長大MC Potts模型模擬關鍵技術 1398.1.1 傳統晶粒長大模型關鍵技術 1398.1.2 對傳統晶粒長大Exxon MC Potts模型的改進 1418.1.3 新模型模擬計算機算法流程 1498.2 再結晶MC Potts新模型模擬關鍵技術 1508.2.1 傳統再結晶模型關鍵技術 1508.2.2 再結晶新模型模擬流程 151本章小結 152第9章 氣體淬火過程工藝參數的優化 1539.1 引言 1539.2 曲面響應模型 1539.3 回歸模型的方差分析 1549.4 逐步回歸分析 1569.5 氣體淬火工藝及工藝參數評估 1579.5.1 氣體淬火技術 1579.5.2 有限元模型 1589.5.3 目標函數的建立 1589.5.4 工藝參數評估 1599.6 階段性傳熱系數模型 1619.6.1 設計變量的確定 1619.6.2 Box-Behnken實驗設計 1629.6.3 響應曲面的擬合 1649.6.4 優化目標函數的建立 1669.6.5 工藝參數的優化結果 1669.7 區域性傳熱系數模型 1709.7.1 設計變量的確定 1709.7.2 中心復合實驗設計 1719.7.3 響應曲面的擬合 1739.7.4 優化目標函數的建立 1759.7.5 工藝參數的優化結果 176本章小結 179參考文獻 182
