一种固体截面温变测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体截面温变测定方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）用测定仪测量固体在已知环境下的表面温度随时间的变化曲线，为解决测量过程的断点，将测量曲线拟合成连续曲线；（2）对拟合后的测量曲线微分，获得冷却速度曲线；（3）固体被测量截面上任意位置的温度时间曲线计算；（4）计算被测量截面上任意位置的冷却曲线的起始点；（5）温度间隔Δti各点的计算；（6）钢铁材料的过冷奥氏体连续、等温冷却转变曲线的叠加；（7）淬透层深度计算。本发明使繁杂的计算过程简单化，而不降低计算精度，同时达到实用化的目的。
【专利说明】—种固体截面温变测定方法【技术领域】
[0001]本发明涉及温变测量【技术领域】，具体地讲，涉及一种固体截面温变测定方法。
【背景技术】
[0002]传热问题的研究方法大致上可以分为两大类:理论研究方法和实验研究方法。而理论研究方法又可以划分为数学分析法、数值计算解法。
[0003]数值计算解法是将描述传热问题的微分方程或者积分方程通过数学手段写成计算机可以计算的一些代数方程，采用合适的算法，运用计算机计算出相对精确的结果。但计算结果的精确性也会受到所描述的传热问题是否全面准确以及一些其他因素的制约。
[0004]实验研究解法仍是研究传热问题的主要方法，运用实验研究所得的经验规律是一切理论研究方法的基础。同时，实验研究也是验证理论研究方法所得到的结果正确与否的唯一途径。
[0005]为避免数值计算法和实验研究法存在的可靠性低、成本高、效率低、耗时长的问题，本发明创造性的采用了实验测量与数学分析相结合的方法，首先通过实际测量获取工件表面在不同环境下的温变曲线，然后利用导热微分方程的分析解，计算一维导热时工件截面温变分布，利用截面温变分布与被测材料的CCT、TTT曲线数据，完成诸如预测及评判热处理结果、计算淬透层深度、检测淬火介质的性能、选择变更冷却方式、选择变更材料、计算材料的力学性能指标等任务。
[0006]其特点是:将复杂的三维导热问题简化为一维导热来解决；对被测固体的关注点是材料本身的物理特性、决定固体 传热性能全局的关键部位的形状和尺寸、物体的热交换环境，掌控了物体关键部位的传热数据也就掌控了对固体的
[0007]热加工质量；
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种固体截面温变测定方法，通过测量待测固体表面的温度变化，计算出待测固体心部至表面距离上任意位置、时刻的变温温度和变温速度。
[0009]本发明采用如下技术方案实现发明目的:
[0010]一种固体截面温变测定方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0011](I)用测定仪测量工件在已知环境下的表面温度随时间的变化曲线，为解决测量过程的断点，将测量曲线拟合成连续曲线；
[0012](2)对拟合后的测量曲线微分，获得冷却速度曲线；
[0013](3)计算被测截面上任意位置的温度曲线；
[0014](4)计算被测截面上任意位置的冷却曲线的起始点；
[0015](5)温度间隔Ati各点的计算；
[0016](6)钢铁材料的过冷奥氏体连续、等温冷却转变曲线的叠加；[0017](7)淬透层深度计算；
[0018]作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(3)截面上任意位置的温度曲线计算包括平板类、直角柱体类、圆柱体类、球类温度曲线计算。
[0019]作为对本技术方案的进一步限定，所述圆柱体类温度曲线计算包括如下步骤:
[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的范围内设置任意数量η的c值，每个c值均代表截面上的一个位置，截面上的每个位置均可计算出一条温度曲线；
[0022](3.2)将温度曲线设置相同的温度间隔Ati,每个温度间隔均可求出其对应的冷却速度Vi和相应的第η条曲线的时间增量Λ τη?,
[0023]式(14)变为:
[0024]f (cn, R, Δ τ ni) = Δ f ≥O, (17)
[0025]式中当h = ts时，Δ τη?= τ η(|，为被测截面上每条温度曲线的起始点。
[0026]作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(4)包括如下步骤:
[0027](4.1)截面任意位置Cn的起始时刻tQ = ts,则Ati = At0 = O,此时设Δ τ ni =τ η0,由式(17)得修正时间f (cn，R，τ η0) = 0，此修正时间为截面位置Cn的温度开始变化时亥IJ，与其相对应的真实时间为函数f(cn，R，τ n(|) = O中τ n(l的解；
[0028](4.2)当cn = C1时,可解得τη(ι= τ 1(|，变换函数中不同的cn值,可得到不同的真实时间τη(ι值，从而生成温度％相同，但真实时间τη(ι不同的起始点。
[0029]作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(5)包括如下步骤:
[0030](5.1)当给定第一个计算温度间隔At1时，依据表面冷却曲线，可同时获得截面上各条冷却曲线的第一点的温度A1 = tA- Δ ti = ts-A t1；以及相对应的冷却速度V1 ；
[0031]将Δ V1 带入式(17)得:f (cn, R, Δ τ nl) = Δ I1Zy1 ；
[0032](5.2)当cn = C1时，由上式可计算获得第一条冷却曲线第一点的时间增量Λ τ η，则第一条冷却曲线的第I点的真实时间为:τ η = τ10+Δ τ η ；
[0033](5.3)当位置为Cn时,则第η条冷却线的第一点的时间为:τ η1 = τ η(ι+Δ τ η1。
[0034]同理，当给定第i个计算温度间隔Λ t时，则截面任意位置Cn的温度为:
[0035]ti = tA-1 Ati = ts-1 Δ ti?
[0036]相对应的冷却速度Vi,
[0037]其修正时间函数为:f(cn, R, Δ τη?) = Δ IJn1 ；
[0038](5.4)当cn = C1时,可计算获得Δ τ π，则第一条冷却曲线在温度\时的真实时间为:
[0039]
【权利要求】
1.一种固体截面温变测定方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)用测定仪测量固体在已知环境下的表面温度随时间的变化曲线，为解决测量过程的断点，将测量曲线拟合成连续曲线； (2)对拟合后的测量曲线微分，获得冷却速度曲线； (3)计算被测截面上任意位置的温度曲线； (4)计算被测截面上任意位置的冷却曲线的起始点； (5)温度间隔Ati各点的计算； (6)钢铁材料的过冷奥氏体连续、等温冷却转变曲线的叠加； (7)淬透层深度计算。
2.根据权利要求1所述的固体截面温变测定方法，其特征在于，所述步骤(3)计算被测截面上任意位置的温度曲线包括平板类温度曲线计算和圆柱体类、直角柱体类、球体类温度曲线计算。
3.根据权利要求2所述的固体截面温变测定方法，其特征在于，所述圆柱体类温度曲线计算包括如下步骤:
(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的范围内设置任意数量η的c值，每个c值均代表截面上的一个位置，截面上的每个位置均可计算出一条温度曲线； (3.2)将温度曲线设置相同的温度间隔Ati，每个温度间隔均可求出其对应的冷却或者加热速度Vi和相应的第η条曲线的时间增量△ Tni， 式(14)变为:
f (cn, R, Δ τ ni) = Δ tj/vj f O, (17) 式中当1 = 1时，Δ τη?= τ n(l，为截面上每条温度曲线的起始点。
4.根据权利要求3所述的固体截面温变测定方法，其特征在于，所述步骤(4)包括如下步骤: (4.1)截面任意位置Cn的起始时刻tQ = ts,则Ati = At。= O,此时设Δ τη?= τ η(ι,由式(17)得修正时间f (cn，R，τ η0) = O，此修正时间为截面位置Cn的温度开始变化时刻，与其相对应的真实时间为函数f(cn，R，τη(ι) =O中τη(ι的解；
，可解得τη(ι= τ1(ι，变换函数中不同的-值，可得到不同的真实时间τη(ι值，从而生成温度％相同，但真实时间τη(ι不同的起始点。
5.根据权利要求4所述的固体截面温变测定方法，其特征在于，所述步骤(5)包括如下步骤: (5.1)当给定第一个温度间隔At1时，依据表面冷却曲线和表面冷却速度曲线，可同时获得 截面上各条冷却曲线的第一点的温度It1 = tA- Δ = ts-A t1；以及相对应的冷却速度Vi ； 将 AtpV1 带入式(17)得:f(cn, R, Δ τη1) = Δ I1Zy1 ； (5.2)当cn =C1时，由上式可计算获得第一条冷却曲线第一点的时间增量Λ τη，则第一条冷却曲线的第I点的真实时间为:τ n = τ10+Δ τ η ； (5.3)当位置为Cn时,则第η条冷却线的第一点的时间为:τ η1 = τ η(ι+Δ τη1。同理，当给定第i个计算温度间隔Λ ti时，则截面任意位置Cn的温度为:
= tA_i Ati = ts_i Δ ti? 相对应的冷却速度Vi, 其修正时间函数为:f(cn, R, Δ Tni) = At1Zv1 ；，可计算获得Λ τπ，则第一条冷却曲线在温度\时的真实时间为:
【文档编号】C21D1/18GK103439358SQ201310373589
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】王献忠, 徐勇, 孙德明, 张保议, 王志刚, 李永胜, 吴俊平 申请人:山东建筑大学