末端淬火试验装置设计

1、末端淬火试验装置设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTI摘 要末端淬火法是测定钢淬透性的一种常用试验方法。末端淬火试验机是用于测定钢末端淬透性的专用设备。本文分析了淬火热力学条件及末端淬火机理，学习和研究钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T225-2006)，在广泛调研国内一些单位自制试验装置的基础上，集各家之长，加之于自己独创的结构设计，绘制出符合 GB/T225-2006 要求的末端淬透性试验机图纸。 该设备用水箱控制水位，水箱固定于 1000mm 高的水泥墩上，水箱水位与喷水口高度相差 307m

2、m，调节喷水口改变喷水口水射流高度，达到本标准要求的水位高度。该设备适用于碳钢和低合金钢的末端淬透性试验。关键词 末端淬火，淬火装置，端淬试验攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTIIABSTRACTJominy end quench test is a common methods of steel hardenability . End hardenability test machine is used to determine the end of hardenability of special equipment.This paper analyses the quenc

3、hing thermodynamic conditions and the end of quenching mechanism, study and research hardenability of the end of quenching test method (GB/T225-2006), in a wide range of domestic research units made on the basis of test devices, each set of Long, in addition to its original structure, designed to me

4、et the requirements of the end of GB/T225-2006 hardenability test machine, the device with a water level of control the water level in order to control the water height.Water tank fixed in 1000 mm high concrete columniation, water tanks and water fountain mouth height difference of 307 mm, I change

5、the water fountain regulation saliva jet height, reach the standards require that the water level high. The device applies to low-carbon steel and alloy steel hardenability the end of trial.Key words Jominy end quench test, quenching devices, quenching test攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目 录摘摘 要要.IABSTRACTBSTRACT

6、.II1 绪论绪论.I1.1 末端淬火概述末端淬火概述.21.2 本课题研究的目的及意义本课题研究的目的及意义.21.3 淬火工艺理论淬火工艺理论.21.3.1 钢的淬透性.31.3.2 淬透性对钢的组织及性能的影响.31.3.3 淬透性的判定标准.31.3.4 影响淬透性的因素.31.3.5 淬火加热方法.41.3.6 淬火加热温度和保温时间确定.52 设计的标准设计的标准.72.1 范围.72.2 方法.72.3 符号和说明.72.4 试样及制备.82.4.1 取样.82.4.2 尺寸.82.43 样坯的正火.82.4.4 机加工.92.5 设备设备.92.6 试样的加热和淬火试样的加热和

7、淬火.92.7 淬火淬火.102.8 淬火后硬度的测定和准备淬火后硬度的测定和准备.102.9 试验结果表示试验结果表示.102.9.1 任一点的硬度值.102.9.2 绘制硬度曲线.112.9.3 测量结果表示.11攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论3 设计过程设计过程.123.1 设计计算设计计算.123.1.1 喷水口水流速度.123.1.2 计算沿程损失水头.123.1.3 计算局部损失水头.143.1.4 水头损失.173.2 设计方案设计方案.173.2.1 总体设计思路.173.2.2 设计水箱.173.2.3 设计端淬机.193.3 设计制图设计制图.203.3.1 制图软件

8、的选择.20 3.3.2 绘制图纸204 安装调试说明安装调试说明.21参考文献参考文献.22致谢致谢.23攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论11 绪论1.1 末端淬火概述淬火是人类历史上最早使用的一种强化热处理方法。我国早在两千多年前就应用淬火来提高兵器和农具的硬度和强度。淬火使钢变硬的主要原因是获得了马氏体组织。高碳钢淬火后得到的是呈针状或竹叶状的片状马氏体 (也称孪晶马氏体)，其性能是硬而脆，低碳钢淬火后得到的是呈一束束许多相互平行的细长条的条状马氏体 (也称位错马氏体)，其性能是具有良好的强度和韧性1。钢的淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性，淬透性的好坏直接影响了工件的最

9、终使性能。因此，淬透性是结构钢工件设计、合理选材及正确制定热处理工艺的重要依据，也是研究新钢时应当考虑的重要问题2。从 1938 年 W E Jominy 用端淬试验法得出端淬曲线以来,人们对端淬曲线做了大量的研究工作，标准的端淬试验法也成为目前用于测定材料淬透性最常用的方法3。钢的末端淬火试验，是测定钢的淬透性方法之一。淬透性对 H 钢 (保证淬透 性钢) 尤其重要，其判据是末端淬透性曲线带4。对曲线带宽窄要求应是越窄越好，如汽车工业要求钢的末端淬透性曲线带宽为 67HRC，并且希望达到34HRC。欧、美、日等发达国家现都以钢的淬透性曲线带来代替其力学性能指标提供货源，并相继建立了 H 钢标

10、 ，我国在这方面也作了很多工作，并建立起自己的标准5。1.2 本课题研究的目的及意义钢的淬透性是钢的热处理工艺性能，在生产在有重要的实际意义。工件在整体淬火条件下，从表面至中心是否淬透，对其机械性能有重要影响。末端淬火法是测定钢淬透性的一种常用试验方法。末端淬透性试验机是用于测定钢末端淬透性的专用设备。 钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)已于 2007 年 2 月 1 日开始实施，但目前许多单位仍在使用自制试验装置。我们将在广泛调研国内一些单位自制试验装置的基础上，集各家之长，加之于自己独创的结构，设计出符合 GB/T2252006 要求的末端淬透性试验机，满足我校金属学与

11、热处理课程实验及学生创新实验使用。该设备适用于碳钢和低合金钢的末端淬透性试验。1.3 淬火工艺理论攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论2将钢加热至临界点 AC3或 AC1以上一定温度，保温以后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火 。淬火的主要目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能6。对淬火工艺而言，为实现淬火首先必须将钢加热到临界点（AC3或 AC1）以上获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界淬火速度以得到全部马氏体（含残余奥氏体）组织。为此，必须注意选择适当的淬火温度和冷却速度。由于不同钢件过冷奥氏体稳定性不同，

12、钢淬火获得马氏体的能力各异。实际淬火时，工件截面各部分冷却速度不同，只有冷却速度大于临界淬速度的部位才能得到马氏体，而工件心部则可能得到珠光体、贝氏体等非马氏体组织7。1.3.1 钢的淬透性 淬透性也叫可淬性，它是钢的一种属性，是指奥氏体化的钢接受淬火的能力。其大小用一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。淬火是常用的一种热处理工艺，目的是为了获得马氏体组织。工件淬火后，一般从表面到内部一定深度均获得马氏体组织，然而不同的钢种接受淬火的能力不同，从表面到内部的截面上淬成马氏体组织的深度也不同8。淬成马氏体组织的深度越大，表明该钢种的淬透性越高。1.3.2 淬透性对钢的组织及性能的影响钢淬火后的金

13、相组织不仅与工件的尺寸大小和淬火时冷却条件等因素有关，还与钢的淬透性高低有密切的关系。如果工件尺寸和淬火条件一定时，则钢的淬火组织仅由淬透性决定。当回火温度一定时，则淬火组织将成为影响钢在调质处理后力学性能的重要因素。完全淬透的工件具有良好的综合力学性能，即它的屈服强度、屈强比、疲劳强度、冲击值和面缩率等都比较高，而脆性转变温度却比铡氏。冷却速度的快慢对奥氏体的过冷度有显著的影响。冷却速度慢，则奥氏体的过冷度小，奥氏体便会在较高的温度下开始相变，所获得的马氏体组织量便相应地减少。相反，马氏体的量会增加。当达到一定的过冷却速度时，组织中基本上是马氏体9。1.3.3 淬透性的判定标准 目前比较方便

14、和使用最广泛的是以半马氏体组织 (50%马氏体和 50%细珠光体)作为评定淬透性的标准。这个半马氏体组织的硬度称为临界硬度。但对于油套管淬透性则以 API 标准来计算。1.3.4 影响淬透性的因素 淬透性是钢的一种属性，不同的钢种，其淬透性的高低往往差别较大。为了进一步探讨其原因，就需要对影响淬透性的因素进行分析研究。影响钢的淬透性攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论3的因素是多方面的，归纳起来主要有以下这些因素。 奥氏体化学成分的影响 钢的化学成分主要是铁，碳和合金元素。大部分合金元素(除钻外)溶于奥氏体时，均使奥氏体等温转变曲线向右移动，增大奥氏体的稳定性而减小临界冷却速度。临界冷却速度愈

15、小，则奥氏体转变为珠光体的速度也愈慢，即成核与长大速度减慢。在低碳钢中常用的合金元素，降低临界冷却速度从而使钢容易淬火，以锰为最强烈，其次为铝，铬、铝，硅、镍等。当同时加入数种合金元素时，由于相互激发的效应，更能大大降低临界冷却速度，而使钢的淬透性得到显著提高10。 奥氏体均匀度的影响 晶粒在不均匀的奥氏体中容易成核，在不均匀的奥氏体中容易成核，因此当钢中有偏析等情形时，一般将降低钢的淬透性11。 奥氏体化温度的影响 有些溶于铁素体中的元素与碳化合时，往往形成复杂的碳化物。这些碳化物不易分解，需有较高的淬火温度，或保温较长的时间。如果在淬火以前，它们溶入固溶体中，对淬透性产生极有利的影响。否则

16、，对于淬透性将起着有害的作用。 奥氏体晶粒度的影响晶粒越小，临界冷却速度越大，钢的淬透性也越低。反之，淬透性也越高。晶粒粗大能对淬透性产生上述的影响，是因为奥氏体向珠光体的转变反应速度与成核速度和核长大速度有密切关系。总之，粗晶粒虽然对淬透性有利，但粗晶粒 的钢也较脆，所以在实际工件中，应避免采用增大晶粒尺寸的办法来提高淬透性。 奥氏体中非金属夹杂物和稳定碳化物的影响非金属夹杂物如硫化物、氮化物和氧化物等分散质点，在加热温度下均能阻碍奥氏体晶粒的长大，而且在淬火急冷时，山于他们的弥散分布状态可以促进晶核的生成，增加奥氏体转变速度，从而减低淬透性。 钢的原始组织的影响在加热时，碳化物分解而溶入奥

17、氏体中进行不一致，它与未淬火前的原始状态有关，而且视珠光体的弥散度或复杂碳化物的大小而定。细粒状碳化物最容易变为均匀的奥氏体，片状珠光体则较难转变，但比粗粒状的碳化物转变得快些。因此，同一成分钢，如果珠光体的弥散度愈小，则加热温度便必须愈高，方能保证获得均匀的淬透性12。1.3.5 淬火加热方法攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论4加热介质分为气体和液体两大类。 气体 气体加热介质有空气和保护气氛两种。 空气中含有氧气、二氧化碳和水蒸气，在加热过程中这些气体会使工件表面产生氧化和脱碳。氧化是指工件基体(铁)与氧发生化学反应并生成氧化铁的现象。氧化所造成的后果是使工件基体尺寸减小，严重时可造成工

18、件报废，就像脱碳严重时的情况一样。另一种是保护气体。各种气体对于钢的氧化和脱碳有着不同的影响，例如氢气可使氧化铁还原为铁，并可使钢脱碳；二氧化碳、氧气和水蒸气既使钢氧化又使钢脱碳；一氧化碳和甲烷使钢增碳。由上述气体的各自特性可知，当使脱碳与增碳、氧化与还原气体具有一定比值，即控制常，警的比值为一定值时，用这样的混合气体作为加热介质，便可使工件既不脱碳又不增碳，既不氧化也不还原，因而不改变工件表面的化学成分。这正是人们使用保护气氛进行热处理时所期望的。热处理生产中使用的保护气氛，除氮气、氖气这类不与工件发生反应的纯气体外，还有以碳氢化合物(如丙烷、甲烷、甲酵、乙醇)或氮气为原料制取的混合气体，后

19、者又常称为可控气氛。 液体盐浴是目前最常用的液体加热介质。盐浴炉是利用电极将低压交流电引入熔盐中，通过熔盐的电阻将电能转换为热能的一种加热设备。由于盐浴炉的热源(熔盐)相加热介质是合为一体的，工件加热时因与热源直接接触获得较快的加热速度。1.3.6 淬火加热温度和保温时间确定 淬火加热温度确定不同钢种的淬火加热温度也不同，对于亚共析钢淬火加热温度要求在 Ac3以上，使钢的组织全部奥氏体化。若加热温度低于 Ac3，这时钢的组织为奥氏体和铁素体，淬火后铁素体依然保留下来，这使得工件淬火后硬度不均匀，并且强度和硬度都降低;相反加热温度高过 Ac3 很高时，就会引起钢的晶粒粗大，韧性下降。所以一般亚共

20、析钢都采用完全淬火，淬火加热温度为 Ac3+3050。加热保温时间的确定淬火保温时间是指工件装炉后，从炉温回升到淬火温度时算起，直到出炉为止所需要的时间，即工件透热时间和组织转变所需的时间。为了使工件内外各部分均完成组织转变，碳化物溶解和奥氏体成分的均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定的时间。工件加热时间通常与钢的成分、原始组织、工件的形状尺寸、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论5加热介质、炉温等许多因素有关，常借助于经验数据和公式，在初步确定加热时间后，再结合具体试验最终确定保温时间。一般根据常用经验公式确定:t=a K D （1-1）式中：t 一 加热时间; a 一 钢种系数; K 一

21、 装炉方式系数;D 一 试样有效厚度。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论6攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计的标准72 设计的标准末端淬火试验装置设计以国家标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)为设计标准13。本标准等同于 ISO 642：1999钢 淬透性的末端淬火试验方法（Jominy 试验） 。2.1 范围本标准规定用末端淬火试验方法（Jominy 试验）测定钢的淬透性，试验时采用直径为 25mm,长为 100mm 的试样。2.2 方法试验由以下步骤组成：a) 将一圆柱形试样加热至奥氏体区某一规定的温度，并按规定保温一定时间；b) 在规定的条件下对其端面喷水淬火；

22、c) 在试样纵向磨制平面上规定位置测量硬度，根据硬度值确定其淬透性。2.3 符号和说明表 1.1 末端淬火试样参数符号说明数值试样总长度(1000.5)mm试样直径(250.5)mmt试样在加热温度下的保温时间（305）mintm试样从炉中取到开始淬火的最大间隔时间5sT冷却水温度（205）a垂直供水管内径(12.55)mml无试样放置时水射流的高度(6510)mmh从喷水口到试样下端面的距离(12.50.5)mme测定硬度用平面的磨削深度(0.40.5)mmd从淬火端面到硬度测量点的距离，以 mm 表示J-d在距离 d 处的 Jominy 淬透性指数，以洛氏硬度 HRC-mm 表示攀枝花学院

23、本科毕业设计（论文） 设计的标准8JHV-d在距离 d 处的 Jominy 淬透性指数，以洛氏硬度 HV30-mm 表示2.4 试样及制备2.4.1 取样如产品标准和协议无具体要求时，可按如下方法从产品中取样而不考虑产品的厚度（或直径）： 用热轧或锻造制直径为 30mm32mm 样坯；图 2-1 机加工制取样坯用机械加工方法制成直径为（250.5）mm 的样坯，其轴线与产品表面的距离应为（205）mm（如图 2-1 所示） 。当从连铸产品中取样时，建议取样前的压缩比至少不小于 8：1。在样坯机械加工前的所有成形过程中，产品各个面上的变形应尽可能均匀。在单独浇注标准试料时，变形前的原始横截面至是

24、所要的 30mm32 样坯直径的 3 倍。2.4.2 尺寸样坯用机械加工方法，制成直径 25mm,长 100mm 的圆棒。样坯非淬火端带有凸缘或凹槽（以使淬火时，用恰当的支座将试样迅速地对中和定位） ，其直径为 30mm32mm 或 25mm（如图 2-2 所示） 。必要时，应对样坯做标记（在非淬火端上）以使其相对于原试料的位置易于辨别。图 2-2 带凸缘的样坯2.4.3 样坯的正火攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计的标准9除非别有协议，样坯在机加工和淬火前应按产品标准规定温度范围的平均温度进行正火。如产品标准未规定正火温度，则正火温度应按特定协议或由检测部门进行选择。在正火温度下的保温时间

25、应为（305）min。热处理应保证精加工后的试样不得有脱碳痕迹。2.4.4 机加工试样的圆柱形表面应用精车加工；试样的淬火端面应适当的精细加工，最好用精细研磨的方法，并应去除毛刺。2.5 设备该设备由一组用于试样淬火的装置组成。淬火装置是一组能喷射水流到试样淬火端面的装置。这可以通过诸如一个快速开关阀门和一个调节水流速度的装备，或一个可以使水流被迅速释放或切断的圆盘等来实现（如图 2-3 所示） 。在用快速度开关阀门的情况下，阀门后面供水管的水平长度至少应为 50mm，以保证无紊流的水流。喷水管口与试样支座之间的相对位置，应使喷水管口至试样淬火端面的距离为(12.55)mm（如图 2-3 所示

26、） 。试样支座应使试样在喷水管口上方准确对中，并在淬火时保持位置不变。在将试样置于该位置时，试样支座应保持干燥；在试样安放到支座过程中直至实际端淬操作之前，应防止水溅到试样上。支座上未放置试样时，喷水管口上方的水射流高度应为(6510)mm；管水的水为（205） 。在整个加热和淬火过程中应防止风吹到试样上。图 2-3 末端淬火示意图2.6 试样的加热和淬火试样应均匀加热至相关产品标或特殊协议中规定的温度，加热时间应不少于20min，随后在规定的温度保温（305）min。对于一些特殊型号的热处理炉，加热时间长短可以根据以往试样心部达至所规定温度所需要的最短时间的经验来确攀枝花学院本科毕业设计（论

27、文） 设计的标准10定。例如：可以采用在试样顶部沿其轴线钻孔放热电偶的方法来测定温度。应采取预防措施将试样的脱碳或渗碳减小到最小，避免形成明显的氧化皮。2.7 淬火将试样从炉中取出并在保持支座上定位期间，只能用钳子夹住非淬火端的凸缘处或凹槽处。喷水时间至少为 10min ,此后可将试样浸入冷水中完全冷却。2.8 淬火后硬度的测定和准备在平行于试样轴线方向一磨制出两个相互平行的平面，用于测量硬度。当用机加工制取试样时，硬度测试用的两个平面应处于与试料表面相同的距离处。磨削深度应为 0.4mm0.5mm。磨制硬度测试平面时，应采用能供充足冷却液的细砂轮进行加工，以防止任何可能的加热而引起试样组织发

28、生变化。可用以下方法检查因磨削而起的软化：将试样浸入体积分数为 5%的硝酸水溶液中直至全部变黑。所获得的颜色应该是均匀的。如果有色斑的话，说明存在软点，此时应在呈 90角度的表面磨制的硬度测试平面，并将它们进行如前所述的浸蚀，以确保合格的测试平面。在这种情况下，应在第 2 组平面上进行硬度测量，并在检测报告中记录下来。应采取措施以保证在测试硬度期间试样和支座之间良好的刚性固定。硬度计上试样的移动装置应能准确对准硬度测试平面的中心线，并使 压痕位置精度在0.1mm 以内。按 GB/T230.1、GB/T230.2、GB/T230.5测量的硬度压痕点应沿平面的中心线分布。经特殊协议，可用 GB/T

29、4240。1 的维氏硬度 HV30 测量结果来代替 HRC 硬度测试。应保证在第一个平面上的硬度压痕的凸起边缘不会影响第二个平面的测试。硬度测试点可以如下两种方法之一确定：绘制表示硬度变化的曲线；测量一个或多个规定硬度值。通常测量离开淬端面1.5mm、3mm、5mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm 前 8 个测量点和以后间距为 5mm 的硬度值。测量低淬透性的钢硬度时，第一个测量点应在距淬火端面 1.0mm 处；从淬火端面到 11mm 的距离内的其他各测量点以 1mm 为间距。最后 5 个测量点距淬火端面的距离应分别 13mm、15mm、20mm、25mm 和30mm。可测量位于

30、距淬火端规定距离的一个或多个点上硬度值。2.9 试验结果表示2.9.1 硬度值攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计的标准11距淬火端面任一规定距离 d 硬度值应为按 8：1 规定的两测试平面相同距离上的测量结果的平均值，该值应按 0.5HRC 或 10HV 修约。2.9.2 绘制硬度曲线坐标为距离 d 纵坐标为相应的硬度值。建议用如下标尺：在横坐标上，10mm 横相当于 5mm 距离，对代淬透性钢来说 10mm 相当于 1 mm 的距离；在纵坐标上，10mm 相当于 5HRC 或 50HV。2.9.3 测量结果表示测量结果可以用下列形式来表示：J-d其中表示硬度值，或为 HRC，或为 HV30

31、；d 表示从测量点至淬火端面的距离，单位为毫米。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程123 设计过程通过对国家标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)的学习和研究，设计出一套符合本标准的试验方案。3.1 设计计算3.1.1 喷水口水流速度本标准要求无试样放置时喷水口水射流的高度为（6510）mm。要准确的达到这个高度，需要计算水箱的水位与喷水口相差的高度（h） 。由加速度位移公式：V02- V122gS （31）式中：V0 喷水口水流速度，单位：米/秒；V1 喷水口水射流最高处的水流速度，单位：米/秒；g 重力加速度， 单位：米2/秒；S喷水口水射流的高度，单位：米。V1

32、是喷水口水射流最高处的水流速度，速度是 0 米/秒；g 是重力速度，取 g=9.8 米2/秒；根据标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)，喷水口水射流的高度为 65 毫米；将数据代入式（31）：V02-029.8065；求得 V01.14 米/秒。实际流体由于有粘性，在流动时就产生阻力。这种阻力使流体的一部分机械能，不可逆地转化为热能而散失到周围空间，这部分能量便不再参加流体的力学过程而损失。能量的损失关系到水箱的水位与喷水口相差的高度14。流体运动时，由于外部条件不同，其能量损失分为沿程损失和局部损失。流体的粘性、以及壁面有一定粗糙度，使流体运动过程产生摩擦，流体运动克服

33、沿程阻力而损失的能量就叫做沿程损失15。沿程损失水头以 hf表示。在流动断面改变、流动方向改变以用流经局部装置时，流体的流动就受到阻碍和影响。这种由于管道中局部变化所引起的、并且集中在这一局部区的阻碍和影响，就叫做局部阻力16。局部损失水头以 hj表示。在流动路程上，如果有若干段沿程损失和若干个局部损失，则在此全程上的总损失水头为:hw=hf+hj （32）攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程133.1.2 计算沿程损失水头 计算雷诺数 Re1）计算公式实际流体运动存在着层流和紊流两种流动类型。流体在流动过程中，流束之间或流体层之间彼此不相混杂，质点没有径向交换的运动，都保持各自的流线运动

34、,这种流动状态称为层流运动。反之有液体质点交换的运动，称为紊流运动。紊流运动是非稳定流动，管中紊流并非整个有效面都是紊流。紧贴管壁存在极薄一层流体，保持层流运动。紊流运动过程中，液体质点要发生交换运动，液体受到壁面和流体之间的摩擦阻力，流体克服阻力沿程运动，造成能量损失。而层流运动没有液体质点的交换，各自沿流线运动，不会造成质点间的机械能损失。紊流运动比层流运动更加复杂，沿程损失的影响因素比层流多。实验研究表明，管中紊流的沿程压力损失与断面平均速度、流体的密度、管径、管长、流体的粘性系数以及管壁的绝对粗糙度有关17。流体流动雷诺数计算公式为：Re= vd/ （33）式中：Re雷诺数；v管道中平

35、均流速，单位：米/秒；d- 管径，单位：米；水的粘性系数，单位：米2/秒。2）计算取值.v 取值为 1.14 米/秒。供水管与喷水口的管径大小相等，供水管中的水流速度与喷水口的水流速度相同，为 1.14 米/秒。.根据标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)，供水管的管径为 12.5mm;.取值为 1.00710-6米2/秒。根据标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)，末端淬火试验用水温度为 20。查水的粘性系数表得到：20时水的粘性系数为 1.00710-6米2/秒。3）计算将数据代入式（33）：Re=1.1412.510-3/(1.00710-6)=1

36、41504）判定雷诺数大小是判定层流、紊流的标准，当雷诺数 Re2320 时，水流为紊流运动；当 Re2320 时，水流为紊流。根据步骤的计算结果，水管中水流雷诺数 Re 为 14150，大于 2320，因此攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程14所设计的装置水管中水流是紊流。沿程损失水头 hf实验研究表明，管中紊流的沿程压力损失与断面平均流速，管径，管长等因素有关。根据达西公式，沿程损失水头 hf表示为： hf=lv2/(2gd) （34）式中：hf沿程损失水头，单位：米；阻力系数;l水管长度,单位：米;v管中水流速度，单位：米/秒;d管径，单位：米；1）阻力系数 的计算根据阿尔特苏里提

37、出的紊流区域阻力系数 计算公式：0.11（/d+68/Re）0.25 （35）式中：阻力系数;绝对粗糙度，单位：毫米；d管径，单位：毫米；Re雷诺数；根据设计，供水管道为新的、清洁的无缝钢管，查表得 取 0.014；根据标准钢 淬透性的末端淬火试验方法(GB/T2252006)，供水管的管径为 12.5mm;根据计算，雷诺数 Re 为 14150；代入式（35）计算得到:0.11(0.014/12.5+68/14150)0.25 =0.032）沿程损失水头 hf的计算根据式（34） ，将 0.03（根据计算） ， ； l1 米（根据设计） ；v1.14 米/秒（根据计算） ；g9.8 米2/秒

38、（g 是重力加速度） ；d12.5 毫米（d 是供水管管径，按标准） ；代入计算得到：hf=0.0311.142/(29.812.510-3) =160mm;攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程153.1.3计算局部损失水头流体运动所遇到边界条件的改变和局部装置是各式各样的。产生局部能量损失的实质，是由于流速的重新分布和流动分离形成旋涡所引起的附加能量损失18。计算局部损失水头公式：hj=v2/(22g) (3-6)式中：hj局部损失水头,单位：米； v管中水流速度，单位：米/秒; 流速系数； g重力加速度，单位：米2/秒；计算流速系数 流速系数公式：=1/（+）1/2 (3-7) 式中：

39、 流速系数； 收缩系数； 局部阻力系数；计算局部阻力系数 计算局部阻力系数公式：=直+弯+阀+孔+扩 (3-8)式中：直直角入口阻力系数，根据查表 直为0.5； 弯弯头阻力系数； 阀阀门阻力系数；根据设计，安装蝶形阀，查表得 阀为0.24； 孔孔口阻力系数； 扩扩张收缩系数；1）计算 弯计算弯头阻力系数公式：弯=0.0080.75/（R/d）0.6 (3-9) 式中： 为流动方向改变角度，单位：度; R弯头轴线的曲率; d供水管管径, 单位:米;根据设计,流动方向改变角度 为 90 度;根据标准,供水管直径为 12.5 毫米;根据设计,弯头轴线的曲率为 1/25.代入式(3-8),弯=0.00

40、8900.75/(1/25)/12.50.6=0.47攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程162）计算孔口阻力系数 计算孔口阻力系数公式:孔=孔（1/）2 (3-10)式中: 孔孔口阻力系数; 孔孔口管嘴出流系数; 收缩率;根据设计,查表得 孔为 0.06; 收缩系数为 为 0.64;代入式(3-10)孔=孔（1/）2 =0.06(1/0.64)2 =0.153）计算扩张收缩系数扩扩张收缩系数扩公式:扩=（1/-1）2 (3-11)式中: 扩扩张收缩系数; 孔口管嘴出流系数根据设计, 查表得 为0.64,代入公式(3-11)扩=（1/0.64-1）2=0.324）取值根据设计, 安装蝶形阀

41、,查表得 阀为0.24; 根据查表, 直角入口阻力系数 直，根据查表 直为0.5；5）计算局部阻力系数 将以上数据代入式 (3-8)=直+弯+阀+孔+扩 =0.5+0.4675+0.24+0.15+0.32=1.21计算流速系数流速系数公式：在出口处，液体平行管壁流动，故不再有收缩，即在出口处=1，已计算 得 1.21,代入式(3-7)，=1/（1+1.21）1/2=0.67;局部损失水头计算求得水管中水流速度 v 为 1.14 米/秒, 流速系数 为 0.67,g 为重力加速度取 9.8 米2/秒,代入式(3-6)得 hj=1.142/（0.67229.80）攀枝花学院本科毕业设计（论文）

42、设计过程17=147mm3.1.4 水头损失计算得沿程损失水头 hf为 160mm,局部损失水头 hj为 147mm,代入式(3-2),hw=hf+hj=160+147=307mm由此可知，设计水箱的水位与喷水口相差高度为 307mm。32 设计方案3.2.1 总体设计思路末端淬火设备尚无定型产品，各个使用厂家的这类设备的工作原理也有较大差异，他们大多采用一根水位管控制水位 ，以此来控制喷水高度。在充分吸收其它厂家这类设备优点的基础上，结合自己的思路，形成了独有末端淬火装置设计方案。用一个水箱和一个淬火机来实现整个末端淬火试验装置（如图所示 3-1） 。水箱固定于水泥墩上，不能调节高度，水箱水

43、位与喷水头的高度差相差 307mm。端淬机上有一个微调机构，调节微调机构可以在一定范围内调节喷水口水射流的高度19。图 4 末端淬火试验装置 图 3-1 末端淬火试验装置3.2.2 设计水箱设计水箱确定水箱容积本设计的水箱是在室温下使用的，存储水的温度为 20，不需考虑温度和热量的变化对水箱容积的影响。根据实际需要来确定水箱容积的大小。水箱容积的大小要做得合理，不宜过大或过小。水箱过大浪费资源，占空间，不便于操作实验。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程18水箱容积为 1000mm588mm600mm。确定水箱形状科学的设计水箱形状，使水箱不断地为端淬机提供稳定的水流，从而保证实验的精准性

44、(图 3-2 所示) 。图 3-2 水箱水管 1 为储水箱进水口，通过与外界水头连接，为水箱提供水。水管 1 的管径比出水口水管 6 的管径大。水管 1 管径为 16mm,外径为 22mm。出水口的管径为 12.5mm,外径为 18mm。只有进水量大于出水量，才能保证端淬机持续的淬火。水管的位置选择很重要，它将影响到水箱里的水的稳定性，而水箱里的水的稳定性会影响端淬机喷水口的稳定性。本标准要求喷水口要无紊流的水流。进水口位置选择是否合理，是影响喷水口有无紊流水流的一个重要因素。本设计把水管 1 放置在距底板高度为 26.5mm，距底板上方 100mm。水自进水管流入后，碰到板挡 7 受阻，水的

45、流速立即减慢，并向下流动。由于挡板 3 比挡板 7 高出 30mm,水会向低的挡板 7 上翻过去，流入第一个区域，进水区域内。这样水的流程最长，从而受到摩擦的距离也就是最长，摩擦力所做功就最大，沿程损失也就最大。水流入第二域区内，出水区域里的水相对稳定，动量最小，对喷水口的紊流的影响也是最小。 水箱分成三个区域，第一个区域为进水区域，从水管进入的水首先进入第一个区域内。第二个区域为出水区域，与端淬机的水管相连，为淬火过程提供水。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程19第三个区域为排水区域。由于水箱里储有水而比较重，不便于微调，通过调节端淬机来控制喷水口水射流的高度。本标准要求水射流的高度为

46、 12.5mm，已计算水箱的水位与喷水口相差高度为 307mm，只有确定水箱水位不变，才能保证喷水口的水射流高度。第三个区域的主要作用是控制水箱水位，档板 3 比档板 7 高30mm，从进水管流入的水会从档板 7 的下方翻过去，从而流入出水区域内。档板 9 与档板 7 的高度都是 520mm。当水进入第一个区域，水要充满第一个区域才能进入第二个区域，水充满第二个区域时，与第一个区域的水位相等。进水管不停的进水，水位要继续升高，高于档板 4 的水会流入第三个区域内。第三个区域的底部有一排水口，将流进第三区域里的水排出去。排水管的管径与进水口管径相等，内径都是 16mm,外径为 22mm，当还没打

47、开端淬机阀门时，多余的水从第三个区域排走。第三个区域能确保水箱水位保持一定高度，使端淬试验能正常进行。水箱固定于高 1000mm 的水泥墩上，水箱底板要宽出 40mm,为了上螺钉固定水箱。螺钉位于水箱长边上，两螺钉之间的距离为 280mm,螺钉位于水箱长边上固定水箱要比螺钉位于水箱宽边上固定水箱更稳定。3.2.3 设计端淬机端淬机是放置试验样品、进行淬火的装置。水箱固定在一定高度位置，不能通过调节水箱的高度来控制喷水口水射流的高度。计算得出水箱水位与喷水口相差高度为 307mm,计算值与实际总会有一定的误差，不可能做得那么精确。我们通过一个微调机构来调节喷水口的高度，从而调节喷水口水射流高度（

48、图 3-3 所示） 。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计过程20图 3-3 端淬机1手柄2试样支座3调节套4调节套支座5喷水口水头6管接头试样端淬面与喷水口之间的相对位置不变，固定值为 12.5mm,如果要调节喷水口水射流高度，不能只调节试样支座或喷水口水头高度，只改变其中的一个高度，将会使试样端淬面和喷水口之间的相对位置发生改变。要保证它们之间的相对位置不变，必须要同时调节喷水口水头和试样支座的位置。喷水头 5 与试样支座 1 焊接在一起，形成一个整体，能够同时调节，而它们之间的相对位置不会发生改变。试样支座 2 与调节套 3 用螺纹连在一起，调节手柄 1，改变喷水口水射流的高度，达到微调

49、高度的目的。试样支座 2 与调节套 3作为一个整体焊接在调节套支座 4 上，节套支座 4 焊接在水箱上，固定微调装置。试样支座 2 中间的圆孔放置端淬试样，根据试样大小确定孔的直径。端淬试样从炉中取出至开始喷水之间的时间不超过 5 秒，要快速的把端淬试样放在支座上，试样支座必须要容易放置端淬试样，支座孔的直径要比端淬试样直径稍大，端淬试样直径为 25mm,支座孔的直径为 26mm。如果支座的孔的直径过大，端淬试样的中轴线容易偏离喷水口的中轴线。手柄 1 是调节喷水口高度的手柄，手柄不能离支座孔太近，以免妨碍放置端淬试样。水箱装试验后的水，高度为 657mm,没有箱盖，水管从水箱中间接到活节上。3.3 设计制图3.3.1 制图软件的选择 设计需要绘制图，图是设计不可缺少的组成部分，在生产中加工的依据。CAXA 电子图板是一种高效、方便、智能化的绘图软件。电