液—气雾化淬火介质

四、液—气雾化淬火介质

这类介质用于喷射淬火。

1．液—气雾化介质冷却的物理过程

淬火用的液—气雾化介质一般是这样得到的:用空压设备，通过喷嘴将压缩空气吹到与其成一定角度的液体流束上，使液束破碎并改变运动方向，形成与气混合的雾粒。随着大量雾粒高速喷洒在灼热的工件上，迅速汽化，带走大量的热量，工件急速冷却而完成淬火。

液—气雾化介质的冷却物理过程与浸没式冷却淬火不同。在液—气雾化介质冷却过程中，汽化后的介质排除很快，未汽化的介质迅速被新的高速雾粒冲刷掉，因而难以形成稳定的汽膜，几乎不存在浸没式淬火中慢冷的汽膜冷却阶段。气泡沸腾冷却阶段强烈扩大，加上喷洒在淬火工件上的雾粒停留时间很短，液体来不及过热，所以，冷却烈度增强而又比较均匀。

2．液—气雾化介质的冷却特性

常规的浸没式淬火的冷却介质，其冷却曲线可以用银球或银针来测定，以此来表征它的冷却特性。液—气雾化介质不能用这种方法来测定其冷却特性，因为银球、银针的面积很小，雾粒难以落在上面，而且冷却也不对称。为了测定其冷却特性，必须设计专门的装置(图2－121和图2－122)，并通过非稳定热传导分析计算出传热系数α，以它的传热系数α与工件表面温度T_表面之间的关系曲线α= f(T_表面)来表示液—气雾化介质的冷却特性。

图2－123为水—空气雾化介质在不同空气压力下，测定并计算出来的冷却特性曲线α= f(T_表面)。

图2－121　传感器

图2－122　α－T_表面特性曲线测试装置

图2－123　在水—空气雾化介质中，不同工艺参数条件下淬火时，传热系数α与冷却表面温度T_表面的关系曲线a= f(T_表面)

曲线1、5、6、7 P_气= 0.15MPa 2、8．0.2MPa 3．0.3MPa 4．0.4MPa

曲线1～4 P_水= 0.25MPa 5．0.2MPa6．0.15MPa 7．0.1MPa 8．0.025MPa

从图中看出:在水—空气雾化介质中冷却有它自己的特点。因为实际上没有汽膜冷却阶段，水雾沸点略有降低，对流换热阶段收敛了，所以，传热系数α在泡沸腾冷却阶段，起初稳步地增长，300～200℃时达到最大值，然后又平稳地减小。

水—空气雾化介质的冷却特性主要决定于水和空气的压力。但喷雾装置(一般指喷嘴口)至工件表面的距离H对其冷却特性影响更大。

研究结果表明，当水—空气雾化介质的水压力P_水与空气压力P_气一定时，传热系数α在某一个H值且有最大值，见图2－124。当P_气= 0.15MPa，P_水= 0.25MPa，Q_水(水流量)= 0.25m³/h，H=25mm时，水—空气雾化介质具有最大冷却烈度。

图2－124　传热系数α与喷洒装置与冷却表面之间的距离H的关系曲线

P_气= 0.15MPa; P_水= 0.25MPa

以上分析说明，液—气雾化介质的冷却特性，可以通过调节液体与气体的压力以及喷嘴至冷却表面的距离来获得，从而使之具有理想化的冷却特性。这是液—气雾化介质冷却方式最有工艺价值的优点。

3．与水和油介质的比较

表2－109列举了不同参数的水—空气雾化介质与水、油中淬火时冷却特性的比较情况。从表中看出，雾化介质的冷却特性介于水和油之间，并可以调节。

下列参数的水—空气雾化介质的冷却特性与油的冷却特性相当，P_气= 0.2MPa，P_水= 0.025MPa，水流量为Q_水= 0.025m³/h，H= 25mm。当水压从0.2MPa增加到0.25MPa，水流量为Q_水= 0.25m³/h，水—空气雾化介质在400℃时，冷却烈度可接近于水。其他条件一定，气压(P_气)增大，水压(P_水)减小，水—空气雾化介质冷却烈度向油靠近;反之则向水靠近。因此，它可兼有水、油的冷却特性，通过调节可以使淬火工艺实行优化。

表2－109　不同参数的水—空气雾化介质与水、油中淬火时冷却特性比较

4．其他液—气雾化淬火介质

除了水—空气雾化介质以外，还有别的液体—空气雾化介质用于淬火，现在已开始用聚合物溶液—空气雾化介质淬火，例如水溶性塑料水溶液—空气雾化介质淬火，它的冷却淬火特性与液体性质、浓度有关。对水溶性塑料水溶液—空气雾化介质而言，降低液压P_液和增大塑料浓度，使传热系数α减小，α最大值向高温方向移动，见图2－125。调节液体浓度及压力，冷却特性可以得到调节。