再議淬火冷卻介質的冷卻過程
作者:上海川奇機電設備有限公司 | 發布時間:2022-12-21 |
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淬火冷卻介質,一般分為在冷卻過程中有物態變化的介質,如水、鹽水溶液、堿水溶液、油、乳化液,聚合物溶液,和無物態變化的介質如熔融金屬、熔鹽、熔堿以及空氣、氮氣和固體粒子等。
圖二a是有物態變化的,圖b是無物態變化的。通常使用的介質是有物態變化的,按其在冷卻過程中發生的變化,依次為蒸汽膜階段(A),沸騰階段(B)和對流段(C)。
對這三個階段的理解或者說“究跟索源”,需要從電阻絲在水中持續加熱的池沸騰曲線談起,如圖三所示。
橫坐標是加熱件與周圍介質的溫差(過熱度),縱坐標是熱流密度。在AB階段,過熱度較小,主要的傳熱方式是對流傳熱,傳熱效率較低,在B點以后,隨著過熱度增加,工件表面開始出現沸騰,氣泡通過形核、長大和躍離加熱元件表面對周圍介質造成強烈擾動,使冷的介質直接不斷地和熱表面接觸,傳熱迅速加快,在C點達到最大值。隨著過熱度進一步增加,介質不斷汽化,以致工件表面的蒸汽相互連成一片,形成蒸汽膜,蒸汽膜的形成阻礙了熱表面和冷介質之間的直接接觸,導致傳熱效率下降,此階段的蒸汽膜是動態的、局部的和不穩定的,隨著過熱度進一步增加,汽化不斷增加,蒸汽膜越來越穩定,面積也越來越大,傳熱效率不斷降低,最后達到D點,或Leidenfrost 點,形成了覆蓋整個熱工件表面穩定的蒸汽膜,傳熱效率降到最低點,越過D點,過熱度增加,輻射傳熱增加,傳熱效率隨之增加。
工件淬火過程,和上述過程相反。開始淬火冷卻時,工件和介質溫差很大,在ED段,形成穩定的蒸汽膜。在DC段,由于工件表面溫度下降,過熱度降低,蒸汽膜變得不穩定,只能部分覆蓋,所以傳熱效率不斷提高。一直到C點蒸汽膜已不復存在,傳熱效率最高;CB 段則是完全沸騰階段,汽泡在工件表面形成、長大和躍離時,將淬火介質從表面排開,汽泡躍離表面后液體又流回來,冷的淬火介質不斷和工件表面接觸,并產生強烈擾動,所以換熱效率高,冷卻能力強。低于B點,過熱度進一步降低,不能繼續維持沸騰,進入對流階段。圖四是用IVF冷速測量儀測得的淬火冷卻過程中的冷卻曲線圖表明,淬火冷卻存在蒸汽膜階段(ED)、沸騰階段(DCB)和對流傳熱(CA)三個階段。蒸汽膜和對流傳熱階段冷速慢,沸騰階段冷速快。D、B點是冷卻曲線上的拐點,D點所表示的溫度,常稱為上特性溫度,而B點所處的溫度,常成為下特性溫度。
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