PDF《液态介质中淬火冷却的四阶段理论》

液态介质中淬火?却的四阶段?论 工件在水性介质中淬火,有时会听到爆炸声响.

本项研究工作是从探讨这种声响的产生原因开始的.通 过试验和研究,对爆炸声响的产生提出?一种解释.试验中发现?几种用当前通?的液体介质中?却的 三阶段(蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对?阶段)?论[1] 无法解释的现象.为解释这些现象,本文提出?液 体淬火介质中淬火?却的四阶段?论. 一 对爆炸声响产生原因的初期分析 经过分析,把此项研究观测的内容归结成两个:一个是完整蒸汽膜保持稳定的条件;

另一个是蒸汽膜阶 段的结束过程.对这两个内容做?如下分析:

1、在完整蒸汽膜阶段,是工件表面向外散失的热?使周围的液态介质变成?蒸汽,且形成的蒸汽足以 使蒸汽膜保持完整.是蒸汽膜把液态介质和工件表面分隔开,如图 1a).因此,粗?地说,能使蒸汽膜 保持稳定的条件是:从工件侧进入气液界面的热? Q1,多于、等于从气液界面向液相侧散失的热? Q2, 如图 1b).进而可以得出这样的关系: 当Q1=Q2 时,蒸汽膜厚?保持?变. 当Q1 >

Q2 时,蒸汽膜厚?会增大. 当Q1 <

Q2 时,蒸汽膜厚?会减小. a)蒸汽膜把球体和液态介质分隔开 b)气液界面的热?收支 Q1 和Q2 图1完整蒸汽膜的稳定性分析 影响这种关系的重要因素有:工件表面温?高低、介质的沸点高低和饱和蒸汽压大小、气液界面液态侧 的温?梯?大小,以及气液界面能(或者表面张?)高低等.其中,气液界面能大小?太引人注意.但是,众所周知,要费一点?气才能把肥皂泡吹大.但停止吹气后,如果?堵着吹气口,肥皂泡就会把? 面的空气压出来.这是肥皂泡膜的表面张?引起的附加压?使泡内的气压高于外面气压的缘故.由于气 液界面的表面张?,蒸汽膜内的气压高于膜外的液压.气液界面张?越大,内部气压也就越高.只有? 高的表面温?,才能烤出?多的蒸汽来形成?厚的蒸汽膜.因此,在其它条件相同时,气液界面张?越 大,蒸汽膜就越薄;

相反,气液界面张?越小,蒸汽膜就越厚. 为?排除工件形状因素的影响,本文选定均匀球体为研究对象.按照上面所述的道?,球体表面温?越 高,蒸汽膜会越厚.球体表面温??低,蒸汽膜厚?就会减小.人们会顺?成章地认为,当厚?减小到 ?时,?却的蒸汽膜阶段?结束?,如图

2 所示.整个球体会同时进入沸腾?却阶段.这时的球体表面 温?记为 T*.我们认为,现?的、有关液态淬火介质中?却的三阶段?论,就是在这种设想的基础上建 ?起来的.

2、大?的事?告诉我们,复杂系统的变化往往是分步完成的.我们认为,由于?可避免的扰动,在完 整蒸汽膜阶段,气液界面上的扰动使蒸汽膜的厚?始终处在起伏变化之中.当蒸汽膜厚??低到一定的 值时,在某个厚?起伏很大的部位,气液界面可能与工件表面接触,如图

3 所示. 图2球体表面温?高低与球体蒸汽 膜厚?的关系 图3扰动引起蒸汽膜厚?波动,在波动很大的部位气液界面与球 体表面接触 那些虽然接触?固态表面,却在极短的时间内因接触点处的液体被汽化而瞬间消失的接触,我们把它称 为 瞬时接触 .因为接触面积小,时间又很短,瞬时接触对球体的?却过程影响很小.如果接触部位 ?被马上汽化,则接触部位的气、固、液交界线上,接触角就可能因三个表面张? (汽液 δvl,汽固 δvs, 液固 δls)的大小关系,而向两类?同的平衡接触角演变,如图