淬火介质冷却机理与过程

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：当工件表面的温度进一步下降到淬火介质的沸点以下时，工件的冷却将主要靠介质的对流与传导。因此，工件在有物态变化的淬火介质中的冷却在不同阶段其冷却机理、传热方式是不同的，对应不同的冷却方式可将淬火冷却过程分为三个阶段。

对于有物态变化的淬火介质，由于其沸点远低于工件的温度，工件释放的热量使周围的液体迅速被汽化并形成一层蒸汽膜包围着工件，使工件与周围的淬火介质隔离开来，而此工件表面的热量仅通过蒸汽膜向周围介质辐射和对流传热。当冷却到一定程度，工件表面穿过蒸汽膜辐射到周围介质中的热量小于周围介质的汽化热，蒸汽膜的厚度将逐渐减小，最后导致破裂。蒸汽膜破裂后介质与工件表面直接接触而汽化沸腾，将工件的热量带走。当工件表面的温度进一步下降到淬火介质的沸点以下时，工件的冷却将主要靠介质的对流与传导。

因此，工件在有物态变化的淬火介质中的冷却在不同阶段其冷却机理、传热方式是不同的，对应不同的冷却方式可将淬火冷却过程分为三个阶段。

1.蒸汽膜冷却阶段

在该阶段，由于高温的工件表面形成了一层过热的蒸汽膜，使得工件不能与淬火介质直接接触。而蒸汽膜自身是热的不良导体，其传导系数很小，工件的热量主要依靠表面通过蒸汽膜的辐射传递给介质，冷却受到限制，因而这一阶段的冷却速度比较慢。在这一阶段的初期，工件放出的热量大于淬火介质从蒸汽膜吸走的热量，蒸汽膜的厚度不断增加。随着冷却的进行，工件的温度逐渐降低，放出的热量不断减少。在这一阶段的后期，淬火介质从蒸汽膜吸走的热量大于工件放出的热量，蒸汽膜的厚度开始变小，变得不稳定了。当工件放出的热量不能满足形成蒸汽膜所需要的热量时，蒸汽膜开始发生破裂，工件表面就直接与淬火介质直接接触，冷却过程开始进入下一阶段。

2.沸腾冷却阶段

这一阶段，工件能直接和淬火介质接触，在接触处，淬火介质剧烈沸腾，通过介质的汽化并不断逸出气泡而带走了大量热量，冷却速度很快。随着冷却的进行，工件温度迅速降低，传递给介质的热量也不断减少，当介质吸收的热量不足以使其汽化时，沸腾冷却阶段宣告结束，开始进入下一阶段。

3.对流冷却阶段

这一阶段的开始温度对应于淬火介质的沸点。由于介质不再汽化，主要依靠对流传热方式进行冷却，这一阶段工件的冷却速度比蒸汽膜阶段还要缓慢。

对于没有物态变化的淬火介质，其冷却机理比较简单，主要依靠工件周围淬火介质的传导和对流将工件的热量带走，基本等同于有物态变化的淬火介质冷却的第三阶段，也就是没有物态变化的淬火介质的冷却为持续的对流冷却阶段。

淬火介质冷却机理与过程

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