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发表于 2013-6-17 16:32:15
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为了让大家窥视一下,我把该内容粘贴到这里,让大家看看,当然你也可以赞同此观点,也可以不赞同,各取所需吧!
王运迪的《淬火介质》对有物态变化的冷却阶段的描述:
1.膜状沸腾阶段
当赤热的工件与液体接触时,瞬时间工件四周的液体达到沸点而汽化,但蒸汽又很快被邻近液体所冷凝,使工件表面形成了被已加热的液体的薄膜所包围的蒸汽膜。这层膜很稳定,即使强烈搅拌也不易破裂。这层蒸汽-液体膜,将赤热的工件表面与大量的液体隔开,使液膜内表面上的温度较沸点高,加上蒸汽膜的蒸汽是热的不良导体,而此阶段的冷却仅由辐射和蒸汽的导热来实现。因此,严重地妨碍了热传导,使冷却缓慢。热传导的强弱与蒸汽膜的厚薄有关。
膜内高的压力,是膜内蒸汽过热至液体沸点以上温度的条件。增大外压力,可减少蒸汽膜的厚度,而使导热加速。膜内的蒸汽压力P,等于大气压力P1、液柱压力P2和水膜的表面张力所造成的压力P3之和,即:P=P1十P2+P3
显然,当工件在液体中冷却时,其下部承受压力较大,因而在膜状沸腾阶段,下部的冷却能力要比上部快些。但提高压力并非是工件下部较强烈冷却的唯一原因,还由于工件下部常常接触的是较冷的液体,而上部接触的则是从下面上升的被加热了的液体。当工件在淬火介质中窜动时,蒸汽膜变薄或破裂,加快了冷却。在其他相同条件下,蒸汽膜的厚度仅与蒸汽形成的速度与冷凝速度之比有关。提高蒸汽膜的形成速度,并同时降低冷凝速度,可使蒸汽膜的厚度及其稳定性增加。赤热的工件与热水接触时便是如此,而赤热的工件在冷的液体中冷却时则反之。当冷却液从蒸汽膜吸收的热量大于工件放出的热量时,蒸汽膜的厚度则减少,最后完全不稳定而消失。当液体与加热了的工件表面发生直接接触时,便开始了泡状沸腾。
2.第一沸腾转变期
第一沸腾转变期是指膜状沸腾结束和泡状沸腾开始。当被冷却的工件表面,过热至液体的沸点温度以上,到达每种液体恒定的临界值时,一种沸腾状态便转变为另一种沸腾状态。例如细的铂丝在水中冷却时,膜状沸腾至131℃则是稳定的,此时临界过热度为31℃。由试验可知,临界过热值与被冷试样的材料有关,部分材料在水中冷却的临界过热值如表1所列。
表1各种材料在水中的临界过热值
材质 铂 铁 银 镍 铜 铅
临界过热值 31 33 39 45 47.5 57
第一沸腾转变期的产生,一般是由于温差降低、蒸汽的形成速度与冷凝速度接近、氢的爆炸作用、热力学和机械作用以及盐的爆炸等所致。提高冷却液的温度或工件的温度时,皆可形成稳定性高的薄膜。于是不仅增加汽化速度,而且还降低蒸汽的冷凝速度。赤热的工件浸入电解液中,金属和液体边界形成两层异性电荷,致使液体靠近金属表面而不形成薄膜,或虽形成但并不是在开始,而是在冷却过程中间,并很快破坏。此时冷却过程与电荷有关,并与电解液电传导有关。电传导愈大,电荷形成的几率愈小,稳定薄膜形成的几率也愈小,冷却过程便愈激烈。
膜状沸腾向泡状沸腾移动的温度,称做特性温度,特性温度一般在600~700℃之间。此温度越高,就可更快地进入泡状沸腾阶段。特性温度与淬火温度及试样的大小无关,蒸汽压低、汽化潜热大、界面张力小、润湿性大、粘度小等,均可提高特性温度。此外,工件表面粗糙、氧化物的形成或涂以砥石粉等,也可提高特性温度。到达特性温度的时间—秒,称做特温秒,特性温度和特温秒,是衡量淬火介质冷却能力的重要参数。
3.泡状沸腾阶段
汽膜完全破裂,泡状沸腾开始,液体即粘湿金属表面,并与之直接接触,生成很多蒸汽泡,带有大量热量而逸出,原来汽泡占据的位置,被新的液体所补充。此时冷却速度与淬火介质汽化热的大小、蒸汽泡形成的数量和大小以及上升速度与热交换的能力等有关。而淬火介质的表面张力、比重、蒸汽的比重、外界压力的大小、被冷却的工件表面的温度和性能等,均影响蒸汽泡的形成和逸出、
工件淬火时的激烈窜动,使散热不仅靠蒸汽,而且还靠与表面直接接触的部分过热液体来进行。因而冷却速度达到最大值,工件温度急剧降低。当温度降低到淬火介质的沸点时,泡状沸腾即告结束。可见,特性温度越高,泡状沸腾越从高温开始;而淬火介质的沸点越低,此阶段就越能扩展到低温。淬火介质的沸点和特性温度之间的温度差越大,冷却就越激烈。显然,泡状沸腾阶段的热交换,即蒸发和冷凝,受到淬火介质的物理性质,特别是它们的沸点和汽化热的强烈影响。
4.第二沸腾转变期
第二沸腾转变期,指泡状沸腾结束和对流热交换开始。此时的温度,称为对流阶段开始温度,取决于淬火介质的沸点。对流阶段开始温度与特性温度并列,是考核淬火介质冷却能力的重要参数。对流阶段开始温度的降低,将增加淬火缺陷(翘曲和裂纹等)。为提高此温度,通常添加降低溶液蒸汽活力的添加物,如盐、碱、酸等。
5.对流热交换阶段
被冷却工件表面的温度,降低至淬火介质沸点温度以下时,对流热交换开始。工件周围温度较高的液体与离工件较远处温度较低的液体,因温度差自然对流,带走工件的热量,其数值与介质的比热、粘度和导热率及工件表面和介质间的温差有关,同时淬火介质与工件的相对流动速度对此也有很大影响。 |
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