工件淬火介质中冷却的过程优化

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：工件的热量主要是靠介质的汽化和介质的吸热升温带走的。属于这类淬火介质的有水、水溶液和油等。在这类淬火介质冷却时将经历三个阶段，即蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段，如图3-3所示。

1.在有物态变化的冷却介质中的冷却过程

这类介质的沸点远低于工件温度，灼热工件投入介质后，介质会发生沸腾汽化。工件的热量主要是靠介质的汽化和介质的吸热升温带走的。属于这类淬火介质的有水、水溶液和油等。在这类淬火介质冷却时将经历三个阶段，即蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段，如图3-3所示。

1)蒸汽膜阶段

灼热工件投入淬火介质后，工件表面附近的液体立刻被汽化，紧贴工件形成连续的蒸汽膜，使工件与液体分开。由于蒸汽膜导热性差，这一阶段的冷却主要靠辐射传热，因此，工件的冷却速度比较缓慢，如图3-4中曲线2所示的Ⅰ阶段(曲线上的温度是指工件温度)。此后由于工件温度越来越低，放出的热量越来越少，蒸汽膜逐渐变薄，并最终破裂。蒸汽膜破裂温度(B点)称为该冷却介质的“特性温度”。特性温度是评价淬火介质的重要指标，特性温度越高，意味着蒸汽膜破裂越早。蒸汽膜由液体汽化(如水)的未分解成分所组成，或由有机物体(如油中的丙烯醛)的蒸汽和裂解成分所组成。

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图3-3　工件在有物态变化淬火介质中冷却示意

(a)蒸汽膜阶段；(b)沸腾阶段；(c)对流阶段

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1—冷却曲线；2—冷却速度曲线

2)沸腾阶段

蒸汽膜破裂后，液体与工件直接接触，周围液体汽化后形成大量汽泡逸出液面，发生沸腾。由于汽化热很大，故介质在不断汽化和逸出过程中带走大量热量，使冷速骤然增大。冷却速度取决于淬火介质的汽化热，汽化热越大，则从工件带走的热量越多，冷却速度也越快。这一阶段后期由于温度降低，沸腾减弱，冷速又开始逐渐降低，当工件的温度降至介质的沸点或分解温度时，沸腾停止，如图3-4中Ⅱ阶段所示。

3)对流阶段

当工件表面的温度降至介质的沸点或分解温度(C点)以下时，由于工件的温度明显降低，热辐射和传导传热作用小，工件的冷却主要靠介质的对流进行，所以，此阶段冷却速度很慢，并随着工件和介质温差的减小，冷却速度进一步降低，如图3-4中Ⅲ阶段所示。此时影响对流传热的因素起主导作用，如介质的比热、热传导系数和黏度等。

2.在无物态变化的冷却介质中的冷却过程

常用的无物态变化的淬火介质有盐浴、碱浴、金属浴及气体等。这类淬火介质的沸点远高于淬火工件的温度，故介质不会发生汽化沸腾。在高温阶段，热量主要以辐射、对流方式进行传递；在温度较低时，主要以对流方式进行传递。工件将热量传递给介质后，自身温度下降，介质温度上升。在高温阶段，工件温度高，介质的温差也大，故辐射、对流能力较强，冷速快；当温度降低，介质的温差变得较小时，介质的对流作用减弱，故冷却速度下降。整个冷却曲线较平滑，没有骤然变化。这类介质的流动性对冷却能力有很大影响，流动性强，则冷却速度快。

工件淬火介质中冷却的过程优化

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