[发明专利]一种预测弹簧钢铸坯脱碳的有限元方法

摘要

一种预测弹簧钢铸坯脱碳的有限元方法，属于轧钢加热炉技术领域。分别在铸坯的上下表面、铸坯横截面中心处的各个位置布置热电偶，热电偶随温度跟踪测试仪一起进入加热炉内加热；利用有限元软件DEFORM建立铸坯温度场计算模型，将热电偶测试的结果对模拟的温度场结果进行反复校核，直至所施加的边界条件使得模拟计算结果与热电偶测试结果一致为止；在铸坯内部建立碳扩散模型；将实际的检测结果对模型计算的结果进行校正，使该模型能够准确的预测出实际工况条件下的弹簧钢铸坯脱碳情况。优点在于，通过模型模拟计算与实际检测结果进行比对，能够很好的保证计算模型的精确性。

主权项

一种预测弹簧钢铸坯脱碳的有限元方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)分别在铸坯的上下表面、铸坯横截面中心处的各个位置布置热电偶，为了测试炉气的温度，在距离铸坯上表面100mm处布置热电偶，热电偶随温度跟踪测试仪一起进入加热炉内加热，加热时间控制在70min‑120min，该试验是在正常生产条件下进行的；2)利用有限元软件DEFORM建立铸坯温度场计算模型，根据上述实验工况施加边界条件，并经行温度场计算，将上述热电偶测试的结果对模拟的温度场结果进行反复校核，直至所施加的边界条件使得模拟计算结果与热电偶测试结果一致为止；3)建立脱碳的有限元模型，在铸坯内部建立碳扩散模型：根据扩散的第二定律为：其中D为扩散系数，m²/s；dx为距离；dc为扩散物质浓度差；碳的扩散系数根据扩散定律确定；而在铸坯的表面，碳元素与环境中的氧化气体反应过程中，采用表面扩散反应系数来模拟脱碳的过程；将上述校正后的温度模型与该脱碳模型进行耦合计算；4)对经过加热炉试验的铸坯进行表面脱碳检测，将实际的检测结果对模型计算的结果进行校正：将检测的铸坯脱碳层深度与模型计算出的铸坯脱碳层深度进行校正，通过反复调整表面扩散反应系数k使得实际检测的铸坯脱碳层深度与模型计算结果一致，最终确定表面扩散反应系数k值，从而使得该模型能够准确的预测出实际工况条件下的弹簧钢铸坯脱碳情况。