CN201527376U - 一种喷气冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种喷气冷却装置，特别是美国产Gleeble3500热模拟机热处理实验用的配套使用的喷气冷却装置。属材料热处理热模拟试验装置技术领域。本实用新型喷气冷却装置主要由空气喷头(1)与与之连接的支架座(2)组成。本实用新型装置的空气气喷头(1)为水平横向布置的狭长长方体形式；在长方柱体喷头的一侧侧面或相对两侧侧面设置有输气管(4)，且与外围的空气压缩装置相连；在空气喷头(1)的上方正面即狭长方形柱体上表面，沿其长度方向设有密集均匀分布的圆柱形细小喷气孔(3)，以形成高速冷却气流，对加热的试样进行快速冷却。本装置适用于GLEEBLE热模拟试验，它能提高加热试样的冷却速度以及能保证冷却的均匀性。该装置特别适用于尺寸较大的钢板试样的热处理工艺，为材料热模拟实验提供了必要的冷却条件。

Description

一种喷气冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种喷气冷却装置，特别是针对美国产的Gleeble3500热模拟实验机热处理试验用的喷气冷却装置。属材料热处理热模拟试验装置技术领域。

背景技术

热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构，来控制其性能的一种综合工艺过程。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。为模拟各种热处理工艺对材料组织性能的影响，通常采用热模拟试验的方法来验证工艺条件与组织性能的关系，因此控制试验中试样的冷却速度十分重要。通常情况下，在热模拟试验中，温度控制可以通过电阻加热来补偿，因此只有在加大冷却速度的条件下，才能保证尽可能多的冷却速率参数，为模拟热处理工艺提供更多有效的方案。

采用喷气冷却装置，将高速气体喷到热模拟试样表面，冷却过程主要通过气固热传递进行，加快试样的冷却速度，其理论依据及数学表达式如下所述：

固气间综合换热系数可用式(1)确定

$k=1/(\frac{1}{h}+\frac{x}{\mathrm{\λc}})---\left(1\right)$

h为气体对流换热系数，[w/m·K]；λc为钢板的导热系数，[w/(m·K)]；x为试样的厚度，单位为m；其中h随着气体与固体之间的对流速度的增大而增大。

换热系数K值越大表明冷却能力越好，通过解析式发现，气流速度以及板材的厚度，是影响换热系数的主要指标，气流速度与K成正比例关系，与板厚成反比例关系。其中气流速度又与气体的压强及喷气装置喷气孔与试验板材的距离有关，压强越大，板材与喷头的距离越近，其冷却速度越大。另外，气流的分布情况及密度对冷却的均匀性及冷却速度有很大的作用，密集而细小的高速气流能够获得很均匀的快速冷却区域。

发明内容

本实用新型的目的是为热处理模拟试验提供一种高效的喷气冷却装置。

本实用新型一种喷气冷却装置，该装置包括有空气喷头、支架座、喷气孔、输气管和导向槽；其特征在于：空气喷头为水平横向布置的狭长长方体形式；在长方柱体喷头的一侧侧面或相对两侧侧面设置有输气管，输气管与外围的空气压缩装置相连，以提供冷却空气；在空气喷头的上方正面即狭长方形柱体上表面，沿其长度方向设有密集均匀分布的圆柱形细小喷气孔，以形成高速冷却气流，对加热的试样进行快速冷却；支架座为可装卸式结构，与其上方的空气喷头连接成一体；支架座与原有的GLEEBLE试验机试验仓腔底相连；支架座为活动机构，其设有导向槽，有横向和纵向导向槽两个，通过导向槽可使空气喷头在横向和纵向方向进行移动，调节上下和左右的距离。

本实用新型的喷气冷却装置的操作过程及原理如下：

将金属试样放在试验台的夹具上，通过电阻加热。喷气冷却装置与实验台的腔室底板相连，支架模块可固定和调节空气喷头的位置，可根据试验试样的尺寸调节横向距离。喷头通过导气管与空气压缩机相连，在喷头表面细小、密集、均匀分布的喷气气孔很好的将高速气流分配在加热试样的表面，通过热对流，提高了试样的冷却速度，同时保证冷却试样的均匀性。

本装置是适用于GLEEBLE热模拟机上的喷气冷却装置。本实用新型装置的优点是，根据实际需要开发的空气冷却装置，结构简单、安装方便、适用性强、操作简单，提高了加热试样的冷却速度，并得到了比较宽的均温区，特别适用于较大尺寸的钢板热处理试样，为实验的冷却工艺方案提供了有利条件。

附图说明

图1为本实用新型喷气冷却装置的简单示意图。

图2为本实用新型喷气冷却装置的运作使用状态图。

图3为不采用本实用新型喷气冷却装置的冷却曲线图。

图4为采用本实用新型喷气冷却装置的冷却曲线图。

具体实施方式

现结合附图和实施例将本实用新型装置进一步详细叙述于后。

实施例

参见图1，本实用新型喷气冷却装置包括有空气喷头(1)、支架座装置(2)两部分组成。空气喷头(1)与位于其下的支架座(2)相连接。空气喷头(1)与下面的支架座(2)相连接；空气喷头(1)为水平横向布置的狭长长方体形式；在长方柱体喷头的一侧侧面或相对两侧侧面设置有输气管(4)，输气管(4)与外围的空气压缩装置(图中未示出)相连，以提供冷却空气；在空气喷头(1)的上方正面即狭长方形柱体上表面，沿其长度方向设有密集均匀分布的圆柱形细小喷气孔(3)，以形成高速冷却气流，对加热的试样进行快速冷却；支架座(2)为可装卸式结构，与其上方的空气喷头(1)连接成一体；支架座(2)与原有的GLEEBLE试验机试验仓腔底相连；支架座(2)为活动机构，其设有导向槽(5)，有横向和纵向导向槽两个，通过导向槽(5)可使空气喷头(1)在横向和纵向方向进行移动，调节上下和左右的距离。

本实用新型喷气冷却装置的具体运作使用情况，可参见图2。

将金属试样放在试验台的夹具上，通过电阻加热。喷气冷却装置与实验台的腔室底板相连，支架模块可固定和调节空气喷头的位置，可根据试验试样的尺寸调节横向和纵向距离。喷头通过左右两路导气管与空气压缩机相连。在喷头表面密集、均匀分布的喷气气孔将高速气流均匀分配在加热试样的表面，通过高速气流与试样表面的对流，提高了试样的冷却速度，同时保证了试样冷却的均匀性，得到了很宽的均温区。

本实用新型喷气冷却装置专门为Gleeble热模拟机配套使用而设计的冷却装置。Gleeble3500是由美国动力系统公司(DSI)生产的3500系列的热模拟机。该热模拟试验机是一个材料热机械加工性能分析系统，具有急(慢)速升温降温、急(慢)速拉压变形、同时记录温度、力、应力、应变等参数变化曲线，可以针对金属材料开展一系列的模拟实验。

本喷气冷却装置是针对该热模拟机的热处理试验而开发的冷却装置。与以往的空冷及气管喷气及喷水冷却相比，采用该喷头喷气装置后，在大大改善热处理试样的冷却速度的同时，同时提高了冷却的均匀性。这是因为采用长方体喷头上细小均匀分布的气孔，加快了气流的速率，同时改变了气体流场的分布，特别适用于钢板试样的冷却。

本实用新型喷气冷却装置与其他冷却装置形式的比较叙述如下：

相比各种冷却方式，采用空冷及气管喷气的方式冷却，会导致试样的冷却能力不够，同时气管喷气冷却也会带来诸如均温区太小，影响试验分析结果等问题。而喷水冷却虽然能够达到最大的冷却速度，但是也会带来如冷却区域不均匀、使实验仓受潮而抽不了真空导致试样氧化，以及加大了试验机加热装置的负载等问题。本实用新型的喷气冷却装置正是基于这些问题的改进而设计的。

采用本实用新型喷气冷却装置和未采用本装置做实验时材料试样的冷却曲线的比较参见图3和图4。

未采用本实用新型喷气冷却装置的试样的冷却曲线如图3所示，采用本实用新型喷气冷却装置的试样的冷却曲线如图4所示。采用该喷气冷却装置，对2mm的实验钢板的最大的冷却速率可以达到50℃/s，大大高于原有的冷却能力。同时，用两组热电偶的测温方式，测定冷却试样的均温区(见图3和图4)，通过对比发现，使用本实用新型冷却装置后，不但提高了试样的冷却速度，而且能使试样得到很宽的均温区，为获得高精度的热处理试验分析结果提供了必要的保证条件。

Claims (1)

1.一种喷气冷却装置，包括有空气喷头(1)、支架座(2)、喷气孔(3)、输气管(4)和导向槽(5)；其特征在于：空气喷头(1)与下面的支架座(2)相连接；空气喷头(1)为水平横向布置的狭长长方体形式；在长方柱体喷头的一侧侧面或相对两侧侧面设置有输气管(4)，输气管(4)与外围的空气压缩装置相连，以提供冷却空气；在空气喷头(1)的上方正面即狭长方形柱体上表面，沿其长度方向设有密集均匀分布的圆柱形细小喷气孔(3)，以形成高速冷却气流，对加热的试样进行快速冷却；支架座(2)为可装卸式结构，与其上方的空气喷头(1)连接成一体；支架座(2)与原有的GLEEBLE试验机试验仓腔底相连；支架座(2)为活动机构，其设有导向槽(5)，有横向和纵向导向槽两个，通过导向槽(5)可使空气喷头(1)在横向和纵向方向进行移动，调节上下和左右的距离。

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