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淬火和沸腾

Overview

来源: 亚历山大的贾斯汀, Adhikari, 和马赫迪。宾夕法尼亚州立大学机械与核工程系

受控加热后的快速冷却是许多材料加工应用的重要元素。这种热处理工艺可以提高材料的硬度, 这是很重要的刀具或表面在高磨损环境。快速冷却阶段称为淬火, 通常是通过在流体浴中浸泡物料 (通常是水或油) 来执行的。淬火传热可以发生由于强制对流-当快速移动材料的作用, 通过冷却剂驱动的传热过程, 并由于自由对流-当热液的减少密度附近的材料表面导致浮力驱动循环和传热。在高材料温度下, 冷却剂会沸腾, 从而提高传热效率。然而, 当极热的材料被淬火时, 它们可以被覆盖在相对较低的导热性冷却剂蒸气中, 从而导致传热不良。

在本实验中, 将对加热后的铜钢瓶进行淬火传热测量, 这是一种具有代表性的热处理零件。将在淬火过程中测量瞬态试样温度剖面, 并与自由对流换热理论结果进行比较。沸腾现象也将被定性地调查。

Procedure

注: 本实验采用火焰加热。确保手边有灭火器, 而且实验附近没有易燃材料。遵守防火安全的所有标准预防措施。

1. 淬火试样的制作 (见附图, 图 1)

  1. 切割小长度 (〜24毫米) 的9.53 毫米直径的铜杆。钻两个小孔 (直径1.6 毫米) 左右接近两端的杆。这些孔将是热电偶井。由于孔和热电偶相对较小, 我们可以假设它们对整体传热行为的影响极小。
  2. 使用高温环氧树脂 (例如, JB 佳) 将高温热电偶探头贴在两个孔中。确保热电偶探头的尖端被压入铜样品的中心, 作为环氧树脂集。
  3. 设置一个水容器作为淬火浴。将第三个参考热电偶插入到靠近样品淬火的地方。
  4. 将三热电偶连接到数据采集系统。建立一个程序 (例如在 LabVIEW) 记录瞬态温度测量到一个电子表格。

Figure 1

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Results

在不同的初始样品温度 (Ts,0) 中的沸腾照片在图2中介绍。在Ts,0 = 150 ° c 的蒸汽气泡形成并保持附着在样品上。在Ts,0 = 175 气泡分离并浮入水中。在200° c 时, 产生更多气泡, 在较高的温度下观察到进一步的增加。沸腾的危机类型事件 (例如, 整个样品被持久的蒸气包围) 没有观察到由于低散装流体温度 (〜°)。

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Application and Summary

实验证明了淬火过程中的瞬态传热。在水浴中迅速冷却的材料样品的温度被跟踪。将对流系数和温度分布与自由对流冷却的理论值进行了比较。还讨论了沸腾现象, 并观察了高初始样品温度。从这些实验和示范方法的信息可以用于理解和设计传热过程的制造和材料热处理。

热处理工具常采用快速淬火冷却。某些合金钢可以退火 (加热和逐渐冷却), 以降低加工和工作的硬度。然?...

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