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采取感受预热的延续激光淬火(三)

编辑: 添加时间:2015-08-28 08:55:55 点击量:

3 数值解
    数学模型,即式(2)、(3)和(5)以及相应的边界条件,其数值解采取 COMSOL Multiphysics 4. 3 专业码求得。硬耦合公式采取二阶有限元法求解。谋略时,对诸少数学指示器举行了过细地监控,比如取决于区分网密度和人为边界位置的谋略结果(3 位有效数)的收敛、时间积分的坚定性等。谋略所选定实例的一个变量,一台顶级谋略机运转了4 ~5 h。

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4 实例
    本文的研讨变乱要讲求遵从,由于结果的谋略、处置处分和相比都玄色常繁琐的变乱。遗憾的是,一些格外的变量,如被加热质料(及其特性)、激光器与两个感受器的相互多少位置、感受器电流、屏蔽元件等,都有差异。因此,就被加热质料而言,本文仅采取了两种典范的中碳钢(一种是捷克产 sn12040钢,另一种是德国产 AISI 4130 钢)。对用这两种碳钢制造的大尺寸钢板举行加热。

4. 1 实例 1
    起首对 sn12040 钢外貌举行激光加热,以相识加热温度随时间的改造环境。这时激光器是不移动的。将失失的结果与合作者 MATEX PM(Pilsen)公司测得的实行数据举行相比。

 
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静态激光束加热(无感受器)
Fig. 2 Heating by static laser beam(without inductor)
板状工件 x 向的尺寸为 43 mm,y 向为 21 mm,z向为 102 mm。二极管激光器的最大输入功率 Pmax= 3. 5 kW遵从为 35%。为了举行相比,采取了划一遵从的稳态功率 1. 925 kW,这是常用的淬火功率值。激光束的宽度为 5 mm。加热时间为 3 s,随后激光器断开。

    被加热的平板为捷克产 sn12040 钢(相称于我国的 35 钢),该钢的临界点 Ac3= 755 ℃ 。终极 agen= 10 Wm- 2K- 1。加热进程中加抢手的温度应超越跨过 1200 ℃,但不得高于 1400 ℃。
数学模型只用式(5)表现(本文不研讨磁场)。
    谋略围绕 COMSOL4. 3 代码举行,并以很多内定的格外步谐和笔墨质料举行补充。加抢手温度随时间的改造与实测数据完全契合。加热进程末端时有一定的差异,其缘故原因于高温计只能准确测定约 800 ℃以上的温度。


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sn12040 钢的电导率随温度的改造
Fig. 3 Electric conductivity versus temperature
(carbon steel SN12040)
 

sn12040 钢的热导率随温度的改造
Fig. 4 Thermal conductivity versus temperature
(carbon steel SN12040)
 

sn12040 钢的热容量随温度的改造
Fig. 5 Heat capacity versus temperature
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