Среды первой группы и их характеристика

К этой группе относятся среды, не претерпевающие агрегатных изменений во всем интервале температур охлаждения металла: газовые среды (воздух, азот, инертные газы), расплавы солей, щелочей и металлов, металлические плиты, " кипящий" слой.

Процесс охлаждения в этих средах описывается достаточно плавной кривой изменения температуры во времени (рис.1.3, кривая 1). Скорость охлаждения изменяется пропорционально разности температур поверхности изделия и среды, то-ссть она максимальна в начальный момент и падает по мере понижения температуры поверхности охлаждаемого изделия.

Воздух

Охлаждение на воздухе используют при нормализации углеродистых и легированных сталей. В высоколегированных сталях охлаждение на воздухе приводит к закалке. Охлаждение на воздухе – относительно мягкое и регулируемое в том отношении, что воздух может иметь разную температуру, может быть спокойным (кривая 1) или движущимся (кривая 2), влажным или сухим (рис. 1.7). Для спокойного воздуха были получены экспериментальные данные, приведенные в табл. 2.2 [5]

Рис. 1.7. Влияние состояния воздуха на его охлаждающую способность

 

Таблица 1.3
Зависимость коэффициента теплопередачи от температуры поверхности при охлаждении на спокойном воздухе [5]
tпов, º С	1000	900	800	700	600	500	400	300	200	100	20
α , Вт/(м2·К)	145	120	98	79	63	49	37	28	21	15	10

 

Газы

Газы в качестве охлаждающей среды в основном используют для светлой закалки высоколегированных сталей после нагрева в вакуумных печах. Среди газов водород обладает наибольшей охлаждающей способностью, но его применение при высоких температурах не рекомендуется вследствие взрывоопаснсти. Обычно используют сухой азот с небольшой добавкой водорода (1...2 %) или гелий и аргон. Охлаждающая способность газов может быть повышена за счет увеличения скорости потока газа и его давления.

Металлические плиты

Их применяют для закалки тонких плоских изделий в прессах. Для увеличения интенсивности теплоотвода плиты часто делают полыми и охлаждают изнутри, пропуская холодную воду. Основное достоинство такой закалки – практическое отсутствие коробления.

Охлаждение в расплавах

Из всех сред 1 группы охлаждение в расплавах широко применяется при различных методах закалки – от обычной полной до изотермической и ступенчатой. Наибольшее распространение нашли расплавы селитр NaNO₂, NaNO₃, и KNO₃ и щелочей NaOH и КОН. Для некоторых специальных операций термической обработки охлаждение может проводиться в расплаве свинца или других легкоплавких металлов (лития, магния, олова, висмута и др.), однако по соображениям безопасности и экологичности указанные среды в настоящее время практически не используются. Составы селитровых и щелочных ванн и температурные интервалы их применения приведены [1. табл. 4.1].

Рис. 1.8. Изменение охлаждающей способности расплава селитры в зависимости от температуры ванны и образца

Влияние технологических параметров на охлаждающую способность расплавов показано на рис. 1.8 [5]. Повышение температуры ванны t_ванн с 200 до 300 °С при одинаковой начальной температуре металла t_мн приводит к снижению V_охл во всем интервале температур охлаждения (кривые 1 и 2 или 3 и 4 соответственно). Повышение t_мн с 800 до 950 º С увеличивает V_охл лишь в начальный момент (кривые 1 и 3 или 2 и 4).

Принудительное перемешивание расплава (кривая 5) существенно повышает охлаждающую способность ванны в верхнем интервале, но по мере снижения температуры поверхности металла влияние перемешивания плавно снижается.

Рис. 1.9. коэффициент теплоотдачи в зависимости от перегрева солей выше температуры их плавления [4]: 1 – NaNO2; 2 – NaNO3; 3 – 45 % NaNO3 + 55 % KNO3

Коэффициент теплоотдачи α при охлаждении в расплавах зависит от степени перегрева расплава выше температуры плавления Δ t = t – t_пл. При Δ t < 150...200 º С α растет за счет уменьшения вязкости расплава, но дальнейшее увеличение Δ t приводит к снижению α, так как вязкость уже практически не меняется, а превалирующим становится уменьшение температурного напора и понижение теплопроводности и теплоемкости самого расплава (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Коэффициент теплоотдачи в зависимости от перегрева солей выше температры их плавления [4]: 1 – NaNO2; 2 – NaNO3; 3 – 45 % NaNO3 + 55 % KNO3

Еще одним фактором, существенно повышающим охлаждающую способность расплавов, является добавка воды. В расплавы со степенью перегрева Δ t < 100...150 °С можно ввести с помощью специального устройства (рис. 1.10) до 3…4% воды. Устройство представляет собой металлический короб 1, установленный днищем вверх, края которого опушены в расплав. В днище имеется отверстие 4 для выхода пара. Внутри закреплена горизонтальная пластина-растекатель 2 из которую из трубки 3 подается струя воды. Растекаясь по пластине 2 вода тонкой сплошной струей колокольного типа сливается на поверхность расплава 5. Под устройством обычно устанавливается мешалка пропеллерного типа, которая отводит насыщенные водой объемы расплава в рабочую зону ванны. Охлаждающая способность ванны резко возрастает. Скорость охлаждения (рис. 1.8, кривые 6 и 7) достигает 250 º С и более в достаточно широком интервале температур. Оптимальной является добавка 1% воды при Δ t = 40...70 º C (кривая 7).

Изменением содержания влаги можно достаточно легко регулировать и температуру расплава, поддерживая ее на заданном уровне при изменении производительности ванны. С увеличением температуры или массы вносимого в ванну горячего металла подачу воды в расплав увеличивают и наоборот. В увлажненных расплавах а возрастает в 2 и более раз, достигая значений 2500…3000 Вт/(м²*К). Чаще увлажнение применяют в расплавах щелочей, так как растворимость воды в них выше, чем в селитрах [1].

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: