[发明专利]结合有限元法和反传热法计算淬火介质换热系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算淬火介质换热系数的方法，属于金属热加工工艺参数设计领域。

背景技术

淬火处理在实际生产中是零件的一种非常重要的热处理方式，以获得需要的力学性能，而淬火介质无疑是最重要的影响因素，淬火介质的本质作用的体现是在其与金属表面之间的换热系数的大小。寻求精确的方法获取换热系数的大小具有重要的工程实际意义。目前，研究该问题的主要方法是反传热计算法，这种方法是一种理论的数学离散的计算方法，具有一定的不可避免的误差，导致无法精确控制工业零件的淬火冷却速度，冷却速度难以测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决通过反传热计算法获取换热系数的方法具有误差，导致无法精确控制工业零件的淬火冷却速度，冷却速度难以测量的问题，进而提供一种结合有限元法和反传热法计算淬火介质换热系数的方法。

本发明是通过下述方案予以实现的：结合有限元法和反传热法计算淬火介质换热系数的方法，所述计算淬火介质换热系数的方法的具体过程为：

步骤一、将内部插有热电偶的探头本体在加热炉中加热到860℃保温均匀后，以不超过2s的转移时间迅速淬入淬火介质中，淬火介质温度设定为T_w，采用电脑系统记录由热电偶测得的探头本体内部特征点B3的温度，并绘制冷却曲线，即得到此温度下该淬火介质的冷却曲线；

步骤二、基于ABAQUS有限元平台，采用有限元的方法建立探头本体的有限元对称模型，输入探头本体材料的物理性能参数和力学性能参数，设定初始温度850℃，设定淬火介质温度T_w，选取换热系数极大值，选取一维模型的表面特征点A1和内部特征点B1，选取三维模型的表面特征点A2和内部特征点B2，一维模型的表面特征点A1与三维模型的表面特征点A2为同一位置点，一维模型内部特征点B1、三维模型内部特征点B2和探头本体内部特征点B3为同一点，然后分别采用一维模型和三维模型进行模拟计算并进行比较，探头本体在一维模型条件下表面特征点A1和三维模型条件下表面特征点A2的冷却曲线重合，探头本体在一维模型条件内部特征点B1和三维模型条件内部特征点B2的冷却曲线重合，验证换热问题符合的一维性质；

步骤三、根据能量守恒定律和傅里叶定律，建立圆柱坐标系下的一维导热微分方程，给出方程的初始条件和边界条件，并且定义与温度具有相同形式的敏感系数方程，给出敏感系数方程的初始条件和边界条件，利用反传热法求解探头本体表面的热流密度值；

圆柱坐标系下的一维导热微分方程为：

ρc∂T∂t=1r∂∂r(λr∂T∂r)---(1)]]>

式中ρ为密度；c为比热容；T为探头本体表面温度；t为时间；λ为热传导系数；r为探头本体的半径；

初始条件为：

T(r，t_M-1)＝T_M-1(r)                                 (2)

式中t_M-1为M-1时刻；T_M-1(r)为t_M-1时刻的温度分布；

边界条件为：