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Validation of thermal-kinetic-diffusion model for arc plasma surface hardening of steel

机译：钢的电弧等离子表面硬化的热动力学扩散模型的验证

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Eine realistische Analyse des Randschichthärtens mit Plasmalichtbogenbrenner deutet darauf hin, daß die Vorgänge während des Brennereinwirkens als thermisch-kinetisches-Diffusionsproblem anzusehen sind. Willkürliche Trennung der drei Mechanismen könnte zu einer fehlerhaften Entwicklung der Prozeßparameter führen. Folglich wurde ein komplexes FE-Modell entwickelt. Es beschreibt die grundlegenden Abläufe der Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Gas mit der Gasmolekülbewegung, bindet die Prozesse beim Phasenübergang Gas-Feststoff mit ein und berücksichtigt ebenfalls thermische und Diffusionsvorgänge im Stahl. Die Genauigkeit des Modells wurde anhand von Messungen überprüft, die beim Randschichtaufsticken mit einem Plasmabrenner gemessen wurden. Es zeigte sich, daß der Ansatz eine hinreichend genaue Berechnung der Übergangsverteilungen von Temperatur und Konzentrationsfeldern in der Stahloberfläche während des Randschichthärtens ermöglicht.%Realistic analysis of the surface hardening pocesses during an arc plasma torch application indicates that the events taking place during a plasma torch pass should be properly looked at as a thermal-kinetic-diffusion problem. Arbitrary separation of these components may lead to erroneous evaluation of the variables and parameters that characterise the process. Consequently, a complex finite element model, which describes elementary processes of gas-solid surface interaction by the method of molecular gas dynamics, connects the transfer processes between gaseous and solid phases and takes into consideration thermal and diffusion events in the steel, has been developed. The adequacy of the mathematical model was substantiated by comparing model predictions to measurements made during surface hardening using an arc nitrogen plasma torch. It was proved that the approach gives the possibility to compute with sufficient accuracy the transient distributions of temperature and concentration fields in the steel surface layer during surface hardening using high-enthalpy gas flux.
机译：对用等离子弧焊炬进行的表面硬化的现实分析表明，在焊炬暴露过程中的过程将被视为热动力学扩散问题。三种机制的任意分离可能导致工艺参数的错误开发。结果，开发了复杂的有限元模型。它描述了表面和气体之间相互作用以及气体分子运动的基本过程，将这些过程整合到气固相变中，并且还考虑了钢中的热过程和扩散过程。根据使用等离子炬绣外层时进行的测量，检查模型的准确性。对电弧等离子焊炬施加过程中表面硬化过程的现实分析表明，这些事件发生在等离子焊炬通过过程中应该适当地将其视为热动力学扩散问题。这些组件的任意分离可能导致对表征该过程的变量和参数的错误评估。因此，建立了一个复杂的有限元模型，该模型通过分子气体动力学方法描述了气固表面相互作用的基本过程，连接了气相和固相之间的传递过程，并考虑了钢中的热和扩散事件。 。通过将模型预测与使用电弧氮等离子体炬在表面硬化过程中进行的测量进行比较，可以证明数学模型的充分性。事实证明，该方法为利用高焓气体通量在表面硬化过程中以足够的精度计算出钢表层温度和浓度场的瞬态分布提供了可能性。

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