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文档简介
1、20#钢渗碳过程浓度分布数值模拟实验实验目的1、 用matlab软件模拟离子渗碳过程中碳浓度分布曲线2、 用matlab软件模拟离子渗碳过程中碳浓度分布曲线3、 在离子渗碳模型中层深与时间的关系曲线(温度一定)4、 在离子渗碳模型中层深与温度的关系曲线(时间一定)实验原理物理描述本实验是研究的是一维平表面问题,20#钢气体渗碳过程和离子渗碳过程中碳浓度在钢内部的分布曲线,以及根据离子渗碳碳浓度分布模型,得出当温度一定时,层深与时间的关系曲线;当时间一定时,层深与温度的关系曲线。本实验认为扩散系数与碳浓度无关。 数学模型c2c1、方程: =D2 tx其中,D=D0exp(-Q2) D0=0.16
2、c2mRT/o l /s Q=13780J0m2、初始条件: c=(x,0)=c0边界条件: -Dc)=b(cp-c) x3、方程解:bx+b2tc=(x,t)=c0+(cp-c0)erfc-exp()erfcbD传热系数b=3.96exp(-120830)cm/s RT此时为气体渗碳当b时为离子渗碳c(x,t)=c0+(cp+c0)erfc 4、离子渗碳过程中层深与t和T的关系d=实验内容1、20#钢中的碳浓度为0.2%,查表可得到离子渗碳过程中层深与温度的关系。2、根据数学模型及其解来编写程序。实验结果1、 离子渗碳中碳势和温度相同,不同时间下钢中碳浓度的分布曲线。(碳势为1.2%,温度为
3、930)图1图1中渗碳时间分别为100s、200s、300s、500s。由图可以看出,离子渗碳表面碳浓度在瞬间即可达到与碳势相等的值,而钢的内部碳浓度则增加的速度比较缓慢,且离表面距离越远,碳浓度增长得越缓慢,随着时间渗碳时间的增长,钢内部碳浓度逐渐增加。2、 离子渗碳中碳势和渗碳时间相同,不同温度下钢的碳浓度的分布曲线(碳势为1.2%,时间为300s)图2图2中渗碳不同温度分别为860,900,930,950。由图可以看出,在相同碳势和时间下,不同温度的碳浓度分布不同,随着温度的升高,在距离钢表面相同位置处,碳浓度的值也逐渐升高。3、 离子渗碳中相同渗碳时间和温度,不同碳势下钢的碳浓度分布曲线(时间为300s,温度为930)图3图3中的碳势分别为0.8%,1.0%,1.2%,1.5%。由图可以看出,钢在不同环境中碳浓度的分布曲线不相同;环境中的碳浓度越高(碳势越高),钢内部的浓度也越高。4、气体渗碳中碳势和温度相同,不同时间下钢中碳浓度的分布曲线。(碳势为1.2%,温度为930)图45、气体渗碳中碳势和渗碳时间相同,不同温度下钢的碳浓度的分布曲线(碳势为1.2%,时间为300s)6、气体渗碳中相同渗碳时间和温度,不同碳势下钢的碳浓度分布曲线(时间为300s,温度为930)7、离子渗碳过程中在
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