金属热处理

作者：张文淼, 王会珍, 翟月雯, 周乐育, 王鹤鸣

单位：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司, 北京 100083

关键词：20Cr2Ni4钢,脉冲渗碳,有限元建模,残差建模,神经网络修正

基金：国家重点研发计划(2023YFB3408000)

针对20Cr2Ni4钢在脉冲渗碳工艺下的碳浓度分布规律开展研究。通过真空渗碳气淬炉试验,获得不同工艺参数下的表层碳浓度梯度数据。基于菲克第二定律建立有限元数值模型,结合动态碳通量边界条件,对渗碳和扩散过程进行了模拟。试验与模拟结果表明,在强渗阶段二者基本一致,而在强渗结束后的扩散阶段,模拟结果低估了表层碳浓度。该偏差来源于表层残余碳在高温下继续内渗的过程,传统模型难以刻画这一非理想效应。本文提出残差建模方法,将试验与模拟之间的差值作为修正目标,并构建多层感知机神经网络进行拟合。输入特征结合物理启发扩展至13项,以提升有限样本下的学习效率。采用3种验证方案避免插值过拟合,结果显示,神经网络能够有效修正数值模型在长时间扩散阶段的偏差。修正后的预测结果在表层及近表层区域均更接近试验曲线,准确再现了残余碳的持续内渗现象。本研究为复杂渗碳工艺的建模与优化提供了一种高效可靠的方法。

来源：2026年第3期

《金属热处理》期刊编辑部

查看金属热处理杂志2026年第3期