渗碳过程碳浓度的分布

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221=ccDx、方程：0D=Dexp)QRT其中，（200.162/Dcms137800/QJmol02、初始条件：c=(x,0)=cpc-D=c-cx边界条件：(x=0）（）3、方程解：200(,)(){()exp()()}22pxxxcxcccerfcerfcDDDD120830=3.96exp(-)/cmsRT传热系数此时为气体渗碳当时为离子渗碳00()()2pxccerfcDc(x,)=c4、离子渗碳过程中层深与和T的关系0.32D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、离子渗碳过程中在一定温度下，层深和时间的关系曲线（温度为930℃）8、离子渗碳过程中一定渗碳时间下，层深与温度的关系（渗碳时间为300s）