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技術(shù)文章
再議淬火冷卻介質(zhì)的冷卻過程
作者:上海川奇機(jī)電設(shè)備有限公司 | 發(fā)布時(shí)間:2022-12-21 | 載入中...

淬火冷卻介質(zhì),一般分為在冷卻過程中有物態(tài)變化的介質(zhì),如水、鹽水溶液、堿水溶液、油、乳化液,聚合物溶液,和無物態(tài)變化的介質(zhì)如熔融金屬、熔鹽、熔堿以及空氣、氮?dú)夂凸腆w粒子等。

兩種淬火介質(zhì).png

圖二a是有物態(tài)變化的,圖b是無物態(tài)變化的。通常使用的介質(zhì)是有物態(tài)變化的,按其在冷卻過程中發(fā)生的變化,依次為蒸汽膜階段(A),沸騰階段(B)和對(duì)流段(C)。
對(duì)這三個(gè)階段的理解或者說“究跟索源”,需要從電阻絲在水中持續(xù)加熱的池沸騰曲線談起,如圖三所示。

池沸騰傳熱曲線.png
橫坐標(biāo)是加熱件與周圍介質(zhì)的溫差(過熱度),縱坐標(biāo)是熱流密度。在AB階段,過熱度較小,主要的傳熱方式是對(duì)流傳熱,傳熱效率較低,在B點(diǎn)以后,隨著過熱度增加,工件表面開始出現(xiàn)沸騰,氣泡通過形核、長(zhǎng)大和躍離加熱元件表面對(duì)周圍介質(zhì)造成強(qiáng)烈擾動(dòng),使冷的介質(zhì)直接不斷地和熱表面接觸,傳熱迅速加快,在C點(diǎn)達(dá)到最大值。隨著過熱度進(jìn)一步增加,介質(zhì)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(zhì)之間的直接接觸,導(dǎo)致傳熱效率下降,此階段的蒸汽膜是動(dòng)態(tài)的、局部的和不穩(wěn)定的,隨著過熱度進(jìn)一步增加,汽化不斷增加,蒸汽膜越來越穩(wěn)定,面積也越來越大,傳熱效率不斷降低,最后達(dá)到D點(diǎn),或Leidenfrost 點(diǎn),形成了覆蓋整個(gè)熱工件表面穩(wěn)定的蒸汽膜,傳熱效率降到最低點(diǎn),越過D點(diǎn),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(shí),工件和介質(zhì)溫差很大,在ED段,形成穩(wěn)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(wěn)定,只能部分覆蓋,所以傳熱效率不斷提高。一直到C點(diǎn)蒸汽膜已不復(fù)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(zhǎng)大和躍離時(shí),將淬火介質(zhì)從表面排開,汽泡躍離表面后液體又流回來,冷的淬火介質(zhì)不斷和工件表面接觸,并產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng),所以換熱效率高,冷卻能力強(qiáng)。低于B點(diǎn),過熱度進(jìn)一步降低,不能繼續(xù)維持沸騰,進(jìn)入對(duì)流階段。圖四是用IVF冷速測(cè)量?jī)x測(cè)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(duì)流傳熱(CA)三個(gè)階段。蒸汽膜和對(duì)流傳熱階段冷速慢,沸騰階段冷速快。D、B點(diǎn)是冷卻曲線上的拐點(diǎn),D點(diǎn)所表示的溫度,常稱為上特性溫度,而B點(diǎn)所處的溫度,常成為下特性溫度。

淬火冷卻過程及冷卻曲線.png

我們上海川奇機(jī)電在淬火冷卻特性檢測(cè)方面積累了很多經(jīng)驗(yàn),使用新的冷卻特性儀器(型號(hào)KJ-SQ2,水基使用KJ-Agitation)可以給用戶提供有效的技術(shù)支持,歡迎隨時(shí)和我們做技術(shù)交流


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