随着中国工业4.0计划的全面展开,制造业迎来了复苏的契机,交通行业作为制造业的重要支柱,近年来受到了广泛的关注。本文以交通行业中应用最为广泛的轨道钢、车轴钢与铝合金构件为研究对象,借助有限元软件ABAQUS模拟了U75V钢轨、45钢车轴与7050铝合金构件的热处理过程,并利用温度场与应力场耦合分析手段,分析了三种典型零部件热处理工艺对其力学性能的影响。在实验获取三种材料热力学性能参数的基础上,通过几何模型建立、网格划分、载荷与边界条件施加等一系列数值模拟流程,分别模拟计算了U75V钢轨在自然空冷条件下的冷却过程,45钢车轴的淬火冷却过程和7050铝合金构件在不同温度介质中的淬火过程,分析计算了三种零部件冷却时的温度场、应力场和弯曲变形规律,为热处理工艺的制定提供了指导性数据。数值模拟结果表明:U75V钢轨冷却过程中,应力随着时间先增大,达到峰值后又减小,对应的弯曲变形分为三个阶段:第Ⅰ阶段,钢轨向轨底弯曲;第Ⅱ阶段,钢轨由轨底向平直阶段恢复;第Ⅲ阶段,钢轨由平直阶段向轨头弯曲,终冷时刻钢轨保持平直。而45钢车轴在淬火冷却过程中,温度呈内部高表面低的趋势分布,在冷却过程中,不规则几何区域易产生应力集中现象,对部件的服役寿命有较大影响。7050铝合金构件在不同温度介质中的淬火模拟结果表明:在20℃水中各测试点的热应力水平整体偏高;而80℃水中各测试点的热应力水平整体较小,因此,80℃是三个淬火介质温度中最理想的淬火温度。