<div id="5kwrg"><tr id="5kwrg"></tr></div>
  • <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"></ins></dl>
    <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"><thead id="5kwrg"></thead></ins></dl>
    <div id="5kwrg"></div>
  •  当前位置精细淬火冷却技术 >> 交界线借用挑?#25509;行?#21402;度观念
    交界线借用挑?#25509;行?#21402;度观念

    张克俭    王 水    郝学志

    北京华立精细化工公司 (102200)

    发表于?#24230;?#22788;理技术与装备2007年第3期


    前言

    在?#31350;?#21457;表四阶段理论文章之后将接着发表深入研究该问题和有关精细淬火冷却技术的几篇文章本文是这组文章的第3篇

    在相同冷却条件下一般认为小工件冷得快而大工件冷得慢工件上?#34892;?#21402;度小的部分比?#34892;?#21402;度大的部分容易淬硬工件上具有相同?#34892;?#21402;度的部分都具有相同的冷却进程并能获得相同的冷却效果这些似乎已成为热处理界的一种常识因为它们是建立在液态淬火介质中冷却的三阶段理论基础上的认识本文把它们称为三阶段理论的?#34892;?#21402;度观念?#34180;?#26368;近发表的文章发现了三阶段理论存在的问题并建立了液态介质中冷却的四阶段理论[1]四阶段理论的应用将动摇传统的?#34892;?#21402;度观念并成为精细淬火冷却技术的理论基础本文研究的是四阶段理论应用中的交界线借用问题

    一什么是交界线借用

    图1 四阶段理论的四点图
    图1 四阶段理论的四点图

    新划分的四个阶段?#28909;?#38454;段理论增加了一个中间阶段?#34180;?#22235;阶段是蒸汽膜阶段中间阶段沸腾阶段和对流阶段中间阶段从试样具有相同?#34892;?#21402;度的表面上出现第一个超前扩展点开始到该表面最后一部分蒸汽膜笼罩区消失止以均匀球体试样为例在完整蒸汽膜笼罩的时候球体表面上蒸汽膜的厚度是随球体表面温度的降低而减小的由于受到不可避免的扰动在完整蒸汽膜阶段不同部位蒸汽膜的厚度始终处在起伏变化之中当蒸汽膜厚度降低到一定值后在厚度起伏很大的部位气?#33322;?#38754;可能与工件表面接触当球体表面温度很高时扰动引起的这种液?固接触点会迅速被汽化使完整蒸汽膜得以恢?#30784;?#25226;这样的液?固接触点称为瞬时接触点但是当球体表面温度再降低到一定程度后这种接触点就可能成一小块稳定存在并能扩展长大的沸腾冷却区把这样的接触点称为超前扩展点把该小区域的边界也就是蒸汽膜区与沸腾冷却区的交界线简称为交界线?#34180;?#22312;该交界线上为趋向界面张力关系的平衡交界线会向蒸汽膜笼罩区扩展交界线的扩展速度快慢决定于相关的三个界面张力的大小关系交界线的扩展过程就是球体等效厚度表面的蒸汽膜阶段的结束过程只有到最后一部分蒸汽膜消失的时候该等效厚度表面的蒸汽膜笼罩区才能完全消失

    在上述讨论中为简化问题选用均匀球体表面作为等效厚度部分的代表蒸汽膜阶段结束过程涉及到球体表面的四个温度值它们是T0 - 能出现超前扩展点的最高球体表面温度T1 - 出现第一个超前扩展点的表面温度也是?#23548;?#36827;入沸腾状态的最高表面温度T2 C 最后一部分蒸汽膜消失处的表面温度也是进入沸腾状态的最低表面温度T* - 按外推法确定的蒸汽膜厚度最后变成零时的球体表面温度把这几个温度标注在蒸汽膜厚度变化示意图上可以画成图1表?#22411;?#26102;列出了对流开始温度Tb把这?#20013;问?#30340;图线称为四点图四点图是四阶段理论中描述蒸汽膜结束过程的重要图线表1列出了四点图中几个温度值的含意由于扰动引起的蒸汽膜厚度波动大小有很强的随机性在一定条件下出现第一个超前扩展点的时间部位和该处的表面温度都很难事?#28909;?#23450;

    表1 四点图与四阶段理论的阶?#20301;?#20998;

    阶段名称

    理论上的划分

    ?#23548;?#30340;划分

    蒸汽膜阶段

    T0以上

    T1以上

    中间阶段

    T0 T*

    T1 T2

    沸腾阶段

    T* Tb

    T2 Tb

    对流阶段

    Tb 液温

    Tb 液温

    按四阶段理论蒸汽膜阶段的结束过程是由超前扩展点的产生和交界线的扩展两个时期组成的即便球体表面温度降低到T0以下也需要足够强烈的扰动和?#21364;?#19968;段不确定的时间才可能产生超前扩展点而到了交界线的扩展期交界线的扩展速度和当时交界线的总长度又影响着蒸汽膜区的消失进程因此按时间来划分蒸汽膜阶段的结束过程包括球体表面温度从T0降低到T1所需的不确定时间段以及由等效厚度部分的大小和交界线的扩展速度决定的球体表面温度从T1到T2所需要的时间段

    图2 不同厚度部分交汇处的交界线
    图2 不同厚度部分交汇处的交界线

    ?#23548;?#24037;件的形状通常比均匀球体复杂其中间阶段的表?#20013;问?#20063;有自己的特点冷却过程中不同等效厚度部分的蒸汽膜阶段的结束过程不是从自然产生超前扩展点然后通过交界线扩展就是靠交界线借用来完成其中值得注意的是交界线的借用现象形状稍复杂的工件上突出和薄小的部分容易散热因此这些部位的蒸汽膜相对较薄最早的超前扩展点会出现在这样一些突出的尖小部位然后交界线再按一定的速度向蒸汽膜笼罩区扩展在完成等效厚度部分的扩展之后这些交界线就推进?#25509;?#26356;厚大部分表面的交汇处如图2中A所指的部位而对于更厚大部分的这个部位当该处的表面温度降低到T0以下后其蒸汽膜阶段的结束过程是从借用从较小等效厚度部分扩展过来的交界线开始而直接进入交界线的扩展期并通过交界线的扩展来结束该等效厚度表面的蒸汽膜阶段我们把这一现象称为交界线的借用?#34180;?/p>

    事实上交界线借用既发生在不同等效厚度表面之间也发生在相同等效厚度的表面之间在球体淬火冷却中交界线的扩展过程也就是交界线的借用过程如果不借用从出现超前扩展点形成的交界线球体大部分蒸汽膜的消失时间必然会推迟到更晚的时候应当说在?#23548;?#24037;件冷却中交界线的借用是非常普遍的事情

    二交界线借用的作用分析

    由于省去了产生超前扩展点和增加一定长度交界线两者所需要的时间段形状?#32454;?#26434;的工件上的很多部位能更早地进入中间阶段而迅速完成交界线的扩展过程图3在冷却过程曲线图上?#24471;?#20102;交界线借用能提早冷却进程和提高冷却速度的道理图中a)和b)分别是没有交界线借用时的冷却过程曲线和冷却速度曲线c)是交界线借用时的冷却速度曲线由于省略了形成超前扩展点所需要的时间在与小薄部分的交汇处通过交界线借用T1温度可以提高到T1甚至提高到T0温度T2温度可以提高到T2 当T1提高到T0T2提高到T2时其冷速曲线为图3 c在这些等效厚度表面其散热方?#25509;?#38548;着蒸汽膜散热改变成靠发生沸腾来散热散热速度增大同时在T0和T2之间的不同表面部分进入沸腾状态的时间虽然有先有后但它们沸腾冷却的结束温度却同样是Tb因此交界线借用使?#23548;?#21457;生沸腾冷却的温度?#27573;?#30001;原来的T1Tb增大到T1Tb最大可以增大到T0Tb在交界线扩展速度相同的条件下交界线的借用就可以提早结束蒸汽膜阶段由于沸腾冷却阶段的冷却速度是随工件表面温度的增大而提高的交界线借用就使工件获得的冷却速度进一步增大由此产生的结果是依靠交界线的借用在相同的冷却条件下形状?#32454;?#26434;的工件上与较小部分交汇的较厚大部分获得的淬火冷却效果将快于形状简单而不能借用交界线的其他相同?#34892;?#21402;度部分

    图3 交界线借用可以提高冷却速度以表面热流密度计

    图3 交界线借用可以提高冷却速度以表面热流密度计

    交界线借用可以跳过形成超前扩展点的时期而直接进入交界线扩展期并因此提高工件获得的冷却速度这是四阶段理论推论出的一个必然结果这一结果与传统三阶段理论的?#34892;?#21402;度观念是相违背的

    三交界线借用的防止

    几乎所有自然特性都有它的两面性有好的方面可以被利用就有它可能起坏作用的条件交界线借用有它的好处也就有它的害处应当有防止它被借用的方法根据四阶段理论可以?#19994;?#38450;止交界线借用的方法下面是本文当前?#39029;?#30340;两种方法方法之一是凹槽法方法之二隔离堤法

    隔离堤法如图4 a)所示它是在不同等效厚度部分的交汇线?#32454;?#21152;一条一定大小的隔离堤该隔离堤与工件基体之间是固态接触并不紧密相连二者之间要保持很小的缝隙缝隙中的介质蒸汽有隔热作用而且不容?#30528;?#20986;它能保证厚大部分表面产生超前扩展点之前液态介质不能从该缝隙中穿过去这?#25512;?#21040;了防止交界线借用的作用

    凹槽法如图4 b)所示它是在不同等效厚度部分的交汇线上开一条一定大小的凹槽由于凹槽底部散热困难其表面温度降低就比相邻厚大部分要慢结果相邻厚大部分的表面温度先降低到T0温度以下并自然产生超前扩展点这就得到了防止交界线借用的效果

    图4 交界线借用的两种防止方法

    图4 交界线借用的两种防止方法

    四交界线借用效果的实验演示

    上面的分析已从道理上?#24471;?#20102;交界线借用可能达到的效果下面再?#25165;?#20102;两个简单的实验来进行演示这些实验并不用来证明上述推论的正?#27832;ԣ?#32780;只想让读者对上述推论产生更加生动和具体感受

    1试样和淬火介质

    ?#25165;?#20102;AB?#38454;?#23545;比试样A组用耐热不锈钢加工而成用来观测冷却过程中不同试样表面的中间阶段进程B组则用最常见的45钢加工而成用来比较有交界线借用和没有交界线借用试样的不同淬硬效果

    A组由两个试样组成一个试样是?#26412;?0mm总长度70mm的圆柱其两端再加工成?#26412;?0mm的半球形我们把它称为不锈钢圆头试样另一个试样是边长202070mm的长方体我们把它称为不锈钢方?#38382;?#26679;图5?#24471;?#20102;它们的大小关系如以方?#38382;?#26679;为准则圆头试样比方?#38382;?#26679;少了阴影部分即圆头试样比方?#38382;?#26679;要小只在两端面的?#34892;?#28857;和四个侧面的?#34892;?#32447;上两者才具有相等的尺寸

    图5  AB?#38454;?#23545;比试样中圆头试样和方?#38382;?#26679;的大小关系

    图5 AB?#38454;?#23545;比试样中圆头试样和方?#38382;?#26679;的大小关系
    图6 试验用油的冷却特性曲线
    图6 试验用油的冷却特性曲线

    B组用试样淬火硬度上的不同来证明交界线借用在热处理中的作用选定的试样为161656mm的长方体的45钢方?#38382;?#26679;与之对比的是?#26412;?6mm总长度为56mm两端为16mm?#26412;?#30340;半球体的45钢圆头试样B组对比试样的大小关系也如图5所示

    试验用淬火介?#36866;该?#31243;度很高的一种基础油图6是试验用油的冷却特性曲线所有试样都用细的电炉丝悬吊着冷却以防止在悬吊处发生交界线借用

    2试验内容

    A组试样分别在箱式炉中加热到900棬表面到温后保温5分钟然后迅速转移到所选淬火介质中冷却淬火介质不搅拌在冷却过程中用摄像机记录了冷却的全过程

    B组试样先在箱式炉中加热到900档表面到温后保温5分钟然后迅速转移到所选淬火介质中冷却淬火介质不搅拌淬火冷却下来后用线切割切从长度的中间位置沿垂直于轴线的截面截取厚度5mm的硬度试块再检测它们的截面淬火态硬度分布

    3A组试样的实验结果与分析

    从录像中选取了A组试样上多个时刻的交界线位置并画在一张图上作成了图7和图8图中的曲线是交界线图中的数字是从试样浸入介?#36866;?#21051;起到某处出现交界线止的时间秒

    图7 方?#38382;?#26679;上不同时刻从入液起秒的交界线位置 图8 圆头试样上不同时刻从入液起秒的交界线位置

    图7 方?#38382;?#26679;上不同时刻从入液起秒的交界线位置

    图8 圆头试样上不同时刻从入液起秒的交界线位置

    图线?#24471;?#22312;每一张图上标注时间最短的交界线就是该试验上出现超前扩展点后不久的交界线标注时间更长的交界线是后来时刻的交界线

    从图7可以看出方?#38382;?#26679;两端的八个尖角是最容易散失热量的部位蒸汽膜也就最容易从这八个尖角处破?#36873;?#22312;快到4秒钟的时候超前扩展点先后出现在部分尖角上邻近这些尖角的部分通过交界线借用可以在表面温度降低到T0后逐步进入沸腾冷却状态随着更厚大部分的温度降低到T0以下交界线继续向更厚大部分移动在第21秒到来的同时蒸汽膜就从方?#38382;?#26679;表面全部消失了从第4秒开始由于冷却到T0需要时间经过了整整17秒交界线才完成了它的扩展历程

    再来看看圆头试样的交界线移动过程从图8中我们看到由于缺少提早形成超前扩展点的尖角部分在浸入介质后的很长一段时间内笼罩在试样表面的蒸汽膜一?#21271;?#25345;完好直到过了21秒才从试样两端先后出现两小块沸腾冷却区然后沸腾冷却区与蒸汽膜笼罩区的交界线向中间部分移动由于蒸汽膜笼?#36136;?#38388;长试样各部分都冷却到了比?#31995;?#30340;温度不需要?#21364;?#38477;温到T0以下或者降温需要的时间已经很短所以交界线的扩展速度比较快尤其是在两个端头部分最后在快到26秒之际完成了交界线的扩展的过程整个交界线的扩展过程只经历了4秒的时间

    图9 圆头试样和方?#38382;?#26679;的中间阶段起止时间对比秒
    图9 圆头试样和方?#38382;?#26679;的中间阶段起止时间对比秒

    把两个试样交界线扩展的时间?#20301;?#22312;同一时间坐标上得到了图9交界线的扩展过程就是不同部位进入并且开始进行沸腾冷却的过程几乎是在在方?#38382;?#26679;完成交界线扩展之后圆头试样才开始出现超前扩展点本实验中两个时间段正好前后相接但这不是普遍现象而只是一种巧合从热处理行业的传统观念去推想方?#38382;?#26679;比圆头试样具有更大的?#34892;?#21402;度至少也具有等于圆头试样的?#34892;?#21402;度因此相同条件下在同一种液态介质中冷却时方头试样应?#21271;?#22278;头试样冷得更慢这是建立在三阶段理论基础之上的?#34892;?#21402;度观念在我们心目中固化了的一种认识无疑图9所示的试验结果完全动摇了热处理行业的这一?#34892;?#21402;度观念但这却是实验事实而有关液态介质中冷却的四阶段理论正好能够解释这一违背传统观念的现象



    4B组试样的试验结果与分析

    图10  45钢方?#38382;?#26679;和圆头试样的淬火态硬度对比
    图10 45钢方?#38382;?#26679;和圆头试样的淬火态硬度对比

    图10是B组试样上取出的试块的硬度测试结果方?#38382;?#26679;获得了高于圆头试样的硬度分布这样的结果是三阶段理论无法解释的只有存在中间阶段且中间阶段具有那样一些特点才能产生交界线借用现象也才能产生这样的淬火硬度差异

    五小结

    交界线借用是工件淬火冷却过程中普遍存在现象靠交界线借用可以省略形成超前扩展点的时间而直接从蒸汽膜阶段进入交界线扩展期通过交界线借用可以提早结束较厚大部分的蒸汽膜阶段而获得?#21364;?#32479;?#34892;?#21402;度观念的预测更快的冷却效果

    参考文献

    [1] 张克俭王水郝学志液体介质中淬火冷却的四阶段理论热处理技术与装备2006年12月14-25.


    评论
    匿名用户 [来自188.143.234.155]
    2015-11-26 00:32
    What I find so ineiersttng is you could never find this anywhere else. http://eilpnqi.com [url=http://gkdhgzxaftp.com]gkdhgzxaftp[/url] [link=http://zmuodu.com]zmuodu[/link]

    匿名用户 [来自36.250.86.170]
    2015-11-24 01:33
    Superior thinking detnsotramed above. Thanks!



    我?#27492;?#20004;句



    вƱĸ
    <div id="5kwrg"><tr id="5kwrg"></tr></div>
  • <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"></ins></dl>
    <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"><thead id="5kwrg"></thead></ins></dl>
    <div id="5kwrg"></div>
  • <div id="5kwrg"><tr id="5kwrg"></tr></div>
  • <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"></ins></dl>
    <dl id="5kwrg"><ins id="5kwrg"><thead id="5kwrg"></thead></ins></dl>
    <div id="5kwrg"></div>