基于MATLAB的渗碳过程数值模拟

1、传输原理报告渗碳过程模拟建立20#钢半无限空间一维渗碳过程数学模型并解决碳浓度分布问题2.学习使用matlab软件进行模拟仿真计算。建立20#钢半无限板渗碳过程数学模型并解决碳浓度分布模型。1.假设：1)20#钢半无限板渗碳为一维平表面问题，扩散各向同性；2)零部件内部温度均匀一致。离子渗碳C浓度分布数学模型及其解以950C下20#钢为例扩散方程：业亠(D肚)drdxdx初始条件：c(x,0)=c0=0.20，边界条件：c(0，t)=7=1.30lim眩=0X=8dx解得：c(x,T)=q+(c-cjerfc(-).D=0.162exp(-137800)cm2/s0卩02伽RT气体渗碳过程C浓

2、度分布数学模型及其解扩散方程：业鼻(D肚)，若D与c无关，则drdxdxdc=dd2cdTdx2初始条件：c(X，0)=C0边界条件：-Dlim*=0f=B($-c0)m/sB为界面传递系数得到解为：C(x，T)=C0+(Cp-c0)erfc(i卜expC2)erfc(+B护02伽D2VDtD三、实验结果与分析回归分析碳势与温度存在关系，不同的温度下对应的碳势不同，测得一组原始数据温度p727950114B碳势0.771.302.11进行多项式拟合，得到饱和碳浓度与温度关系函数：y=(2403566027113407*xA2)/590295810358705651712-(5132490288

3、988185*x)/1152921504606846976+8351207661135259/4503599627370496碳势与温度的关系曲线如下所示：由上图可以得出一定范围内任一温度所对应的碳浓度，如860C,900C,950T,1000C时的碳势分别为：温度兀360go095010()0碳势1.041.151.30147离子渗碳过程，温度相同，不同渗碳时间下碳浓度与渗碳厚度的关系以温度为950C,Tl=1000s，t2=5000s,t3=6000s为例:D.B210颁它时2嗣亦子瀝磯浓度井布曲线t=1DD0s距离mt=5DD0st=BDD0a分析：（1）由于离子渗透界面反应迅速，材料表

4、面瞬时达到饱和浓度1.30%；（2）由图可知在温度一定时，碳的渗入深度随时间增长而变大，通过计算得到二者之间呈抛物线规律，与模拟结果相符合；（3）渗碳时间越长，相同距离处碳浓度越高，且随着距离增大浓度递减，最终趋于0.2。气体渗碳过程，仔不同，温度相同，时间相同碳浓度与渗碳厚度的关系以温度为950T,渗碳时间t=1000s为例，已知：煤油+甲醇Bl=3.969*exp(-120830/(8.314*T)*1e-2吸热式气氛+丙烷B2=0.143*exp(-97382/(8.314*T)*1e-2;煤油+甲醇+REB3=0.627*exp(-101166/(8.314*T)*1e-2;D.9D2

5、10煤曲+球醉吸热式基氛+丙烷煤油+甲聖曲E121223K,t=1000s.距离X分析：（1）气体渗碳时由于界面反应为化学反应，速度较慢，材料表面浓度不会瞬时达到饱和浓度；（2）选取不同渗碳剂，渗碳曲线发生了明显变化，尤其是当加入了稀土后，相同时间温度下的渗碳层厚度变大，但表面碳浓度略有下降。（3）加入稀土后渗碳曲线下降速率发生了显著变化。4.气体渗碳过程，仔相同，温度相同，不同渗碳时间下碳浓度与渗碳厚度的关系以温度为950T，渗碳剂为煤油+甲醇为例，已知：B=3.969*exp（-120830/（8.314*T）*1e-2t1=2000s，t2=4000s,t3=6000s,t4=8000s,t5=10000s沏匸TU41fl凹fil为福也刑的弄富豐斤可台论分析：（1）气体渗碳界面为化学反应，速度较慢，材料表面不会瞬时达到饱和碳浓度；（2）随着渗碳时间增大，材料表面碳浓度逐渐升高，相同厚度处渗碳时间越长碳浓度相应越大。5.气体渗碳过程，0相同，时间相同时不同温度下碳浓度与渗碳厚度的关系以吸热式气氛+丙烷，=80000s为例：1ctMfltwous1：分析：（1）气体