[发明专利]一种脱碳弹簧钢表面脱碳层厚度的计算方法

权利要求书

1.一种脱碳弹簧钢表面脱碳层厚度的计算方法，其特征在于：包括步骤如下：

(1)根据炉内气氛确定平衡碳浓度：

弹簧钢在脱碳气氛中H₂O、CO₂、O₂、和H₂的含量随脱碳反应变化，设定平衡碳浓度C_s为0–0.01；

(2)确定脱碳层内的碳含量及碳在铁素体中的扩散系数：

弹簧钢在脱碳层内的碳含量C计算公式如下：

其中，C为脱碳层内的碳含量，％；C₀为钢中碳的原始含量，％；t为保温时间，s；D为碳在铁素体中的扩散系数，m²/s；d为脱碳层厚度，m；

碳在铁素体中的扩散系数D计算公式如下：

其中，D₀为扩散常数，m²/s；Q为扩散活化能，J/mol；R为气体常数，J/(mol·K)；T为绝对温度，K；

(3)建立不同保温温度和保温时间下弹簧钢脱碳测量模型，确定表面脱碳层的厚度：

弹簧钢在不同加热温度、不同加热时间以及不同炉内气氛脱碳模型计算公式为：

其中，d为钢中脱碳层厚度；

所述步骤(1)中平衡碳浓度和弹簧钢表面炭活度相关，弹簧钢表面的碳活度计算公式为：

其中，a_c为碳在奥氏体化钢中的活度；K_P为平衡常数，当温度一定时K_P为常数；P_x、P_y、P_z分别代表炉气各成分的分压，％；C_sat为奥氏体饱和碳浓度，当温度一定时C_sat为常数，％；C_s为钢表面与炉气平衡时碳的含量，％，决定着钢表层的脱碳程度和速度；

在变温条件下，所述步骤(3)中脱碳层厚度计算模型公式为：

其中，C_i表示i时刻脱碳层内的碳含量，％；C_si表示i时刻钢表面与炉气平衡时碳的含量，％；D_i表示i时刻碳在铁素体中的扩散系数，cm²/s；t_i表示i时刻时间步长，s；d_i表示i时刻、恒温T_i条件下脱碳层厚度的增厚，mm，其中i＝1，2，3，…N；T_i表示i时刻的脱碳温度，K；C₀表示钢中碳的原始含量；

所述步骤(1)中脱碳化学反应方程式为：

ax+[C]＝by+cz

其中，a、b、c为化学方程式的系数，x为参与反应气体，y、z为生产气体。