PDF《液态介质中淬火冷却的四阶段理论》

25 帧. 图7球体试样及其吊挂方式 曝光时间选在 1/500~1/2000 秒之间,多数情况下用 1/1000 秒. 试样的加热温?一般为 900℃.试样先在实验箱式炉中加热透烧,再转移到盛有?却介质的大烧杯中? 却.用摄像机对试样的?却过程做?观测记录. 三 实验结果与分析

1、扰动和超前扩展点 在实际工件的?却过程中,可能引起蒸汽膜 厚?波动的因素(即扰动因素)很多.试验 发现,在?做附加搅动的条件下,从球体完 整蒸汽膜的上方排出水蒸汽泡所引起的扰动 最大.排出这种气泡的过程有周期性.球体 表面温?高,单位时间内排出的气泡的个数 就多,排出气泡的周期就短;

球体表面温? ?低,排出气泡的周期就加长.图8是对这 一周期过程能引起蒸汽膜厚?波动的简单推 测.图中,1 表示刚刚恢复成球形的蒸汽膜.

2 表示球形蒸汽膜的上方开始鼓泡和鼓出的 泡涨大.鼓起的泡长大并向上升时,自然会 把球体气泡向上?长 .

3 表示鼓出的气泡向上 长大并?长到一定程?时,发生?断.一旦 发生??断,球体上方凸出的蒸汽膜就会向 下回弹.回弹对蒸汽膜产生压迫作用.4 表示 蒸汽膜因上述回弹而被压扁.压缩到其最大限?后,就会再向球形蒸汽膜位置反弹回来,直至再成为球 形蒸汽膜,如1.球体蒸汽膜所做的,基本上是一种阻尼受迫振动. 图8球形蒸汽膜从上方形成并分离的过程引起蒸汽膜厚 ?变化 当然,除?图

8 所示的扰动因素外,还有其它的因素可 能引起蒸汽膜厚?的波动.试样上发生的扰动,是所有 引起扰动的因素共同作用的结果.扰动引起的蒸汽膜厚 ?波动,使球体?同部位的蒸汽膜的厚??等.在蒸汽 膜厚?最薄的部位,当其它条件满足时,就可能出现超 前扩展点.试验发现,即?是均匀的球体,其表面出现 超前扩展点的位置也有很强的随机偶然性.图9标出? 基础油中试验时,17 个出现在正面的超前扩展点的位置 分布. 我们认为,超前扩展点的出现位置除与扰动引起的蒸汽 膜厚?波动有关外,还可能与液体介质内部温?的?均 匀性有关.把这种液体内部温?的?均匀性简称为液体 内部的 热起伏 .有关的研究指出,扰动波引起的蒸 汽膜厚?波动通常都有强?随机特性(3).应当说,只 有蒸汽膜厚?波动引起的瞬时接触,还?足以形成超前 扩展点.只有加上液体内部的热起伏正好使该接触部位 的液温偏低,才能产生超前扩展点.这就是球体上出现 超前扩展点的位置有很强的随机性的原因.

2、分界线的扩展速? 试验发现,匀速?却液中,蒸汽膜阶段结束时,上一张图片还看到完整的蒸汽膜,0.04 秒后的下一张图 片上就已经完成? 爆炸 过程,且总是发出爆炸声响.我们既没能观测到其中的超前扩展点,也没能 观测到随后的分界线扩展过程.有幸的是,在PAG 淬火液的试验中,我们既看到超前扩展点和分界线的 扩展过程,也听到爆炸声响.相比之下,基础油的扩展速?相当慢.图10 是直径 60mm 球体试样在基础 油中?却时的完整蒸汽膜、超前扩展点和扩展中的交界线的图像. a) 完整蒸汽膜时的图片 b)

1 秒后超前扩展点已经出现且开始 扩展 c)

14 秒后交界线已经扫过?大半个 球面 图10 基础油中试验时的完整蒸汽膜、超前扩展点和交界线的扩展过程 图9基础油中

17 个超前扩展点的出现位置 淬火油的?却速?越快,其扩展速?也越快.快速淬火油的扩展速?就比基础油快.PAG 淬火液的扩展 速?比油性介质快.匀速?却液的扩展速?则?快.几类?却介质中交界线的扩展速?大小排序如下: 基础油 <