1、概述

“工业4.0和第三次工业革命”催生了大量先进技术，虚拟热处理就是一种热处理数值模拟技术，或称热处理计算机模拟。虚拟热处理围绕紧固件或机械零部件的性能要求，对相变、组织、残余应力、变形及其相互关系等进行系统的计算机模拟、计算和预测，并提出优化的热处理工艺试验方案。

热处理饱含复杂的技术内涵，研究热处理耗资、耗人又耗时，热处理涉及一个繁杂的工艺系统和工序网络，研究方法要走向计算机，发展方向是智能化。虚拟热处理具有快速和经济可承受性优点，虚拟热处理不仅是一种方法，也是智能化的基础。因此，虚拟热处理是当今热处理的重要发展方向。发展虚拟热处理的前提是多学科、跨学科的知识和技术基础数据库，需要决策者的远见卓识。虚拟热处理将把热处理带入一个新时代。当然，(文章由江苏泰强不锈钢紧固件厂整理编辑)，虚拟热处理需要经过验证才能成为真实、实用的热处理技术。

虚拟热处理的主要内涵包括：①各种热处理工艺的计算机模拟；②基础数据库；③编制软件与计算；④特大型关键构件虚拟热处理；⑤热处理工艺验证技术体系等。

当前，虚拟热处理是世界热处理的主要发展方向和发达国家的研究热点。国际组织IMS 于2003 年组织欧盟、日本、韩国成立了国际性共同研究课题组( VHT，Virtual Heat Treatment system， IMS010014 ) ，针对以热处理变形控制为主题开展了国际合作研究，其重点是以试验验证为基础，开发具有新功能、高精度的数值模拟软件，具有数据挖掘功能的材料数据库，热处理知识库和热处理工艺优化分析的统一型虚拟系统。实践表明，热处理技术革新起了重要作用。对热处理技术革新也起了重要推动作用。

2、问题提出

直升飞机传动系统齿轮设计要求是齿根处为压应力，且分布均匀，以防止产生疲劳裂纹。通过先进的模拟技术和热处理工艺预测并获得预期的应力分布，淬火热处理后，大幅度延长了服役寿命。高铁扣件设计要求是螺纹处存在负应力，以防止早期疲劳裂纹，通过先进的模拟技术和热处理工艺预测并获得预期的应力分布，淬火热处理后，解决了正应力释放，扣件安装服役问题。中国紧固件热处理处于落后状态，发展虚拟热处理不失为快速提升技术水平的有效途径。

中国紧固件的能源消耗大、利用率低，特别热处理是排放大户、环境污染的重要领域，亟待改变发展方式。虚拟热处理将使从业人员都能在清洁、安全、舒适的环境中工作，虚拟热处理的快速信息传递和共享优势，可节省大量硬件和能源，减少大量的试验费用、排放和环境污染。对症下药，无疑是适合中国紧固件热处理的重要发展方向。
中国紧固件亟待改变发展方式，核心是高等级、高档次、高效、节能、清洁、产业化，这一目标完美体现了虚拟热处理特点。虚拟热处理是高等级、高档次、高效热处理的核心技术，清洁热处理的体现和热处理产业化的支撑技术。虚拟热处理赋予热处理强烈的时代特征。

3、基本概念

热处理的“4 把火”，首先的“淬火”，是将钢加热到临界温度A c1、A c3或Ac cm以上奥氏体化后，以大于临界冷却速度快冷到Ms 点以下进行马氏体相变的热处理工艺。其它合金，如铝合金、钛合金、高温合金及非金属材料，凡具有快速冷却过程的热处理均称淬火。热处理的理论基础是相变，保证实现相变的方法是加热与冷却。加热控制高温相变，高温相变是低温相变的前提和基础；冷却控制中低温相变，中低温相变产物保留于紧固件中，是极限性能和极限服役性能的前提和保障。例如，钢的CCT 曲线、TTT 曲线提出了淬火冷却速度的要求，低于临界冷却速度淬火后，得不到预期的马氏体组织、残余应力场与性能；淬火冷却速度高还会发生裂缝，因而需要冷至不同温度有相适应的冷却速度；高温合金固溶后冷却速度低时，过程析出相会导致性能降低。大型关键紧固件一直受制于淬火冷却速度，困扰于淬火冷却介质。由于不同的材料和关键紧固件需要不同的淬火冷却速度，研究淬火冷却介质发展是一道技术难点。

4、虚拟热处理的地位

虚拟热处理成为其紧固件的先期技术，必不可少的程序和制订工艺的前提条件。虚拟热处理也是一种理念，把热处理技术与关键紧固件推举到国际先进品质和竞争地位，目标是先进热处理技术和高等级、高档次、高可靠、结构减重的关键紧固件，其理论基础是相变和“无应力集中”抗疲劳概念。虚拟热处理技术的基本理念是，自主创新并建立技术体系，以大型关键紧固件为切入点，达到国际先进水平。

虚拟热处理关键技术体系包括：①各种紧固件热处理工艺的计算机模拟技术体系与产业；②基础数据库技术体系；③软件技术体系；④计算机技术体系； ⑤大型关键紧固件虚拟热处理技术体系；⑥工艺验证技术体系等。
技术目标：在15～20年内，①研究并建立各种热处理工艺的计算机模拟技术体系；②研究并建立紧固件虚拟热处理技术体系；③各项技术达到国外先进水平并进入各紧固件产业；④关键紧固件疲劳寿命不低于国外现役同类紧固件；⑤关键紧固件虚拟热处理技术普及率达到100%以上。