一種固體截面溫變測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）用測(cè)定儀測(cè)量固體在已知環(huán)境下的表面溫度隨時(shí)間的變化曲線，為解決測(cè)量過(guò)程的斷點(diǎn)，將測(cè)量曲線擬合成連續(xù)曲線；（2）對(duì)擬合后的測(cè)量曲線微分，獲得冷卻速度曲線；（3）固體被測(cè)量截面上任意位置的溫度時(shí)間曲線計(jì)算；（4）計(jì)算被測(cè)量截面上任意位置的冷卻曲線的起始點(diǎn)；（5）溫度間隔Δti各點(diǎn)的計(jì)算；（6）鋼鐵材料的過(guò)冷奧氏體連續(xù)、等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線的疊加；（7）淬透層深度計(jì)算。本發(fā)明使繁雜的計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單化，而不降低計(jì)算精度，同時(shí)達(dá)到實(shí)用化的目的。
【專利說(shuō)明】—種固體截面溫變測(cè)定方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫變測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，涉及一種固體截面溫變測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳熱問(wèn)題的研究方法大致上可以分為兩大類:理論研究方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。而理論研究方法又可以劃分為數(shù)學(xué)分析法、數(shù)值計(jì)算解法。
[0003]數(shù)值計(jì)算解法是將描述傳熱問(wèn)題的微分方程或者積分方程通過(guò)數(shù)學(xué)手段寫成計(jì)算機(jī)可以計(jì)算的一些代數(shù)方程，采用合適的算法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)計(jì)算出相對(duì)精確的結(jié)果。但計(jì)算結(jié)果的精確性也會(huì)受到所描述的傳熱問(wèn)題是否全面準(zhǔn)確以及一些其他因素的制約。
[0004]實(shí)驗(yàn)研究解法仍是研究傳熱問(wèn)題的主要方法，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究所得的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是一切理論研究方法的基礎(chǔ)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究也是驗(yàn)證理論研究方法所得到的結(jié)果正確與否的唯一途徑。
[0005]為避免數(shù)值計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)研究法存在的可靠性低、成本高、效率低、耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造性的采用了實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的方法，首先通過(guò)實(shí)際測(cè)量獲取工件表面在不同環(huán)境下的溫變曲線，然后利用導(dǎo)熱微分方程的分析解，計(jì)算一維導(dǎo)熱時(shí)工件截面溫變分布，利用截面溫變分布與被測(cè)材料的CCT、TTT曲線數(shù)據(jù)，完成諸如預(yù)測(cè)及評(píng)判熱處理結(jié)果、計(jì)算淬透層深度、檢測(cè)淬火介質(zhì)的性能、選擇變更冷卻方式、選擇變更材料、計(jì)算材料的力學(xué)性能指標(biāo)等任務(wù)。
[0006]其特點(diǎn)是:將復(fù)雜的三維導(dǎo)熱問(wèn)題簡(jiǎn)化為一維導(dǎo)熱來(lái)解決；對(duì)被測(cè)固體的關(guān)注點(diǎn)是材料本身的物理特性、決定固體 傳熱性能全局的關(guān)鍵部位的形狀和尺寸、物體的熱交換環(huán)境，掌控了物體關(guān)鍵部位的傳熱數(shù)據(jù)也就掌控了對(duì)固體的
[0007]熱加工質(zhì)量；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種固體截面溫變測(cè)定方法，通過(guò)測(cè)量待測(cè)固體表面的溫度變化，計(jì)算出待測(cè)固體心部至表面距離上任意位置、時(shí)刻的變溫溫度和變溫速度。
[0009]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
[0010]一種固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0011](I)用測(cè)定儀測(cè)量工件在已知環(huán)境下的表面溫度隨時(shí)間的變化曲線，為解決測(cè)量過(guò)程的斷點(diǎn)，將測(cè)量曲線擬合成連續(xù)曲線；
[0012](2)對(duì)擬合后的測(cè)量曲線微分，獲得冷卻速度曲線；
[0013](3)計(jì)算被測(cè)截面上任意位置的溫度曲線；
[0014](4)計(jì)算被測(cè)截面上任意位置的冷卻曲線的起始點(diǎn)；
[0015](5)溫度間隔Ati各點(diǎn)的計(jì)算；
[0016](6)鋼鐵材料的過(guò)冷奧氏體連續(xù)、等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線的疊加；[0017](7)淬透層深度計(jì)算；
[0018]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(3)截面上任意位置的溫度曲線計(jì)算包括平板類、直角柱體類、圓柱體類、球類溫度曲線計(jì)算。
[0019]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述圓柱體類溫度曲線計(jì)算包括如下步驟:
[0020](3.l)f (r/R, R, τ ) = Δ t/v f ≥0, (14)
[0021]令式(14)中r/R = cn，O≥cn< 1，η = 1、2、3...，在0_1的范圍內(nèi)設(shè)置任意數(shù)量η的c值，每個(gè)c值均代表截面上的一個(gè)位置，截面上的每個(gè)位置均可計(jì)算出一條溫度曲線；
[0022](3.2)將溫度曲線設(shè)置相同的溫度間隔Ati,每個(gè)溫度間隔均可求出其對(duì)應(yīng)的冷卻速度Vi和相應(yīng)的第η條曲線的時(shí)間增量Λ τη?,
[0023]式(14)變?yōu)?
[0024]f (cn, R, Δ τ ni) = Δ f ≥O, (17)
[0025]式中當(dāng)h = ts時(shí)，Δ τη?= τ η(|，為被測(cè)截面上每條溫度曲線的起始點(diǎn)。
[0026]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(4)包括如下步驟:
[0027](4.1)截面任意位置Cn的起始時(shí)刻tQ = ts,則Ati = At0 = O,此時(shí)設(shè)Δ τ ni =τ η0,由式(17)得修正時(shí)間f (cn，R，τ η0) = 0，此修正時(shí)間為截面位置Cn的溫度開(kāi)始變化時(shí)亥IJ，與其相對(duì)應(yīng)的真實(shí)時(shí)間為函數(shù)f(cn，R，τ n(|) = O中τ n(l的解；
[0028](4.2)當(dāng)cn = C1時(shí),可解得τη(ι= τ 1(|，變換函數(shù)中不同的cn值,可得到不同的真實(shí)時(shí)間τη(ι值，從而生成溫度％相同，但真實(shí)時(shí)間τη(ι不同的起始點(diǎn)。
[0029]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(5)包括如下步驟:
[0030](5.1)當(dāng)給定第一個(gè)計(jì)算溫度間隔At1時(shí)，依據(jù)表面冷卻曲線，可同時(shí)獲得截面上各條冷卻曲線的第一點(diǎn)的溫度A1 = tA- Δ ti = ts-A t1；以及相對(duì)應(yīng)的冷卻速度V1 ；
[0031]將Δ V1 帶入式(17)得:f (cn, R, Δ τ nl) = Δ I1Zy1 ；
[0032](5.2)當(dāng)cn = C1時(shí)，由上式可計(jì)算獲得第一條冷卻曲線第一點(diǎn)的時(shí)間增量Λ τ η，則第一條冷卻曲線的第I點(diǎn)的真實(shí)時(shí)間為:τ η = τ10+Δ τ η ；
[0033](5.3)當(dāng)位置為Cn時(shí),則第η條冷卻線的第一點(diǎn)的時(shí)間為:τ η1 = τ η(ι+Δ τ η1。
[0034]同理，當(dāng)給定第i個(gè)計(jì)算溫度間隔Λ t時(shí)，則截面任意位置Cn的溫度為:
[0035]ti = tA-1 Ati = ts-1 Δ ti?
[0036]相對(duì)應(yīng)的冷卻速度Vi,
[0037]其修正時(shí)間函數(shù)為:f(cn, R, Δ τη?) = Δ IJn1 ；
[0038](5.4)當(dāng)cn = C1時(shí),可計(jì)算獲得Δ τ π，則第一條冷卻曲線在溫度\時(shí)的真實(shí)時(shí)間為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)用測(cè)定儀測(cè)量固體在已知環(huán)境下的表面溫度隨時(shí)間的變化曲線，為解決測(cè)量過(guò)程的斷點(diǎn)，將測(cè)量曲線擬合成連續(xù)曲線； (2)對(duì)擬合后的測(cè)量曲線微分，獲得冷卻速度曲線； (3)計(jì)算被測(cè)截面上任意位置的溫度曲線； (4)計(jì)算被測(cè)截面上任意位置的冷卻曲線的起始點(diǎn)； (5)溫度間隔Ati各點(diǎn)的計(jì)算； (6)鋼鐵材料的過(guò)冷奧氏體連續(xù)、等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線的疊加； (7)淬透層深度計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，所述步驟(3)計(jì)算被測(cè)截面上任意位置的溫度曲線包括平板類溫度曲線計(jì)算和圓柱體類、直角柱體類、球體類溫度曲線計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，所述圓柱體類溫度曲線計(jì)算包括如下步驟:
(3.l)f (r/R, R, τ ) = Δ t/v f ≥Ο, (14) 令式(14)中r/R = cn, O≤cn≤Ln= 1、2、3...,在O-1的范圍內(nèi)設(shè)置任意數(shù)量η的c值，每個(gè)c值均代表截面上的一個(gè)位置，截面上的每個(gè)位置均可計(jì)算出一條溫度曲線； (3.2)將溫度曲線設(shè)置相同的溫度間隔Ati，每個(gè)溫度間隔均可求出其對(duì)應(yīng)的冷卻或者加熱速度Vi和相應(yīng)的第η條曲線的時(shí)間增量△ Tni， 式(14)變?yōu)?
f (cn, R, Δ τ ni) = Δ tj/vj f O, (17) 式中當(dāng)1 = 1時(shí)，Δ τη?= τ n(l，為截面上每條溫度曲線的起始點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，所述步驟(4)包括如下步驟: (4.1)截面任意位置Cn的起始時(shí)刻tQ = ts,則Ati = At。= O,此時(shí)設(shè)Δ τη?= τ η(ι,由式(17)得修正時(shí)間f (cn，R，τ η0) = O，此修正時(shí)間為截面位置Cn的溫度開(kāi)始變化時(shí)刻，與其相對(duì)應(yīng)的真實(shí)時(shí)間為函數(shù)f(cn，R，τη(ι) =O中τη(ι的解；
，可解得τη(ι= τ1(ι，變換函數(shù)中不同的-值，可得到不同的真實(shí)時(shí)間τη(ι值，從而生成溫度％相同，但真實(shí)時(shí)間τη(ι不同的起始點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體截面溫變測(cè)定方法，其特征在于，所述步驟(5)包括如下步驟: (5.1)當(dāng)給定第一個(gè)溫度間隔At1時(shí)，依據(jù)表面冷卻曲線和表面冷卻速度曲線，可同時(shí)獲得 截面上各條冷卻曲線的第一點(diǎn)的溫度It1 = tA- Δ = ts-A t1；以及相對(duì)應(yīng)的冷卻速度Vi ； 將 AtpV1 帶入式(17)得:f(cn, R, Δ τη1) = Δ I1Zy1 ； (5.2)當(dāng)cn =C1時(shí)，由上式可計(jì)算獲得第一條冷卻曲線第一點(diǎn)的時(shí)間增量Λ τη，則第一條冷卻曲線的第I點(diǎn)的真實(shí)時(shí)間為:τ n = τ10+Δ τ η ； (5.3)當(dāng)位置為Cn時(shí),則第η條冷卻線的第一點(diǎn)的時(shí)間為:τ η1 = τ η(ι+Δ τη1。同理，當(dāng)給定第i個(gè)計(jì)算溫度間隔Λ ti時(shí)，則截面任意位置Cn的溫度為:
= tA_i Ati = ts_i Δ ti? 相對(duì)應(yīng)的冷卻速度Vi, 其修正時(shí)間函數(shù)為:f(cn, R, Δ Tni) = At1Zv1 ；，可計(jì)算獲得Λ τπ，則第一條冷卻曲線在溫度\時(shí)的真實(shí)時(shí)間為:
【文檔編號(hào)】C21D1/18GK103439358SQ201310373589
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】王獻(xiàn)忠, 徐勇, 孫德明, 張保議, 王志剛, 李永勝, 吳俊平 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)