一种铝合金表面换热系数的测量方法技术

技术编号:15636219 阅读:125 留言:0更新日期:2017-06-14 20:04
本发明专利技术涉及一种铝合金表面换热系数的测量方法,通过合金末端2个位置处淬火测得的冷却曲线,结合有限差分法,获得实验与理论计算相结合的表面换热系数方法。实验测量精确,计算方法简单,可以非常好的应用于Al合金中,为Al合金板材表面换热系数的测量提供了有效的研究方法。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金表面换热系数的测量方法
本专利技术属于铝合金性能测试方法,涉及一种铝合金表面换热系数的测量方法。
技术介绍
表面换热系数(hw)是工件与淬火介质接触表面间各种形式换热的综合系数,是研究淬火温度场的重要边界条件。随着我国地铁、高速列车的快速发展,表面换热系数作为高性能复杂截面工业铝板材淬火过程的评价指标越来越受到重视。关于换热系数的求解,目前许多文献都提出了相关的计算方法,如利用冷却曲线计算换热系数而采用的反传热法,集中热容法等。反传热法特点是根据已知的或利用试验手段测得材料内部某点或某些点上温度随时间的变化,求解导热微分方程来获得表面换热系数,缺点是其微分方程的数值解一般难以准确求解。而且,淬火过程表面换热系数的研究主要集中在钢铁方面,铝合金方面的研究还鲜有报道。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处,本专利技术提出一种铝合金表面换热系数的测量方法,解决铝合金板材表面换热系数测量的问题。技术方案一种铝合金表面换热系数的测量方法,其特征在于步骤如下:步骤1:在铝合金板材的宽度方向设置为淬火端面,在垂直于淬火端面方向的中线上设置两个盲孔A和B,在两个盲孔中安插两条K型热电偶,热电偶另一端与测温仪连接;步骤2:将连接热电偶的试样放入电阻炉内固溶加热,加热温度设置为所测铝合金熔点的一半,固溶时间2小时;步骤3:将测试端面进行淬火处理,端面温度降到室温;在步骤2和步骤3的过程中,测温仪以0.1s的采样周期采集热电偶的温度变化数据;步骤4:固溶温度开始每隔0.1s的实时温度值和以及相邻的下一时刻的数据依次代入公式直到温度降为室温的数据为止,得到淬火端面在t时刻的温度并绘制成冷却曲线;其中:C为比热容,ρ为密度,λ为导热系数,为换热系数,为实测A点在t时刻温度,为实测A处在t+Δt时刻温度,为表面中心点在t时刻温度,为实测B点在t时刻温度,Δx为A、B两处的距离,Δt为从t到t+1时刻的时间,为0.1s;步骤5:将从最高温到室温所有数据依次代入公式得到整个降温范围内的换热系数其中:Tw为淬火水的温度。所述盲孔A距端面20mm,盲孔A与盲孔B间隔20mm。所述测温仪日本图技8通道精密测温仪GL900。有益效果本专利技术提出的一种铝合金表面换热系数的测量方法,通过合金末端2个位置处淬火测得的冷却曲线,结合有限差分法,获得实验与理论计算相结合的表面换热系数方法。实验测量精确,计算方法简单,可以非常好的应用于Al合金中,为Al合金板材表面换热系数的测量提供了有效的研究方法。附图说明图1:实验装置示意图图2:A、B两处的冷却曲线图3:端面位置冷却曲线图4:换热系数-端面温度曲线1-标准试样,2-盲孔A和B,3-淬火端面,4-K型热电偶,5-测温仪。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述:本专利技术实施例通过Al合金末端2个位置处淬火测得的冷却曲线,结合有限差分法获得表面换热系数的方法,其特征在于实验测量冷却曲线过程和有限差分法计算方程。首先是实验设计:实验测试用铝合金板材试样1尺寸为120mm×20mm×6mm,宽度方向设置为淬火端面3,也可以根据测试零件设计成相近形状。在垂直于端面方向的中线上布置两个盲孔2A和B(φ2mm×3mm),其中A孔距端面20mm,A与B间隔20mm。在盲孔中安插两条K型热电偶4,并用高温导电胶固定,热电偶另一端与日本图技8通道精密测温仪5(GL900)连接。设置采样周期为0.1s,测量短时间内温度的微小变化。将连接热电偶的试样放入电阻炉内固溶加热,加热温度一般设置为所测铝合金熔点的一半,固溶时间2小时。固溶处理结束后,取出试样,把测试端面3插入水下10mm左右,进行淬火处理,处理时间10分钟,试样温度降到室温。同时,打开测温仪,记录数据。实验结束后,导出A和B两处的温度随时间变化的Excel数据表,绘制冷却曲线。其次是有限元计算:计算换热系数分为以下两步,把Excel数据表中A、B两处从固溶温度开始每隔0.1s的实时温度值和以及相邻的下一时刻的数据依次代入公式(1),直到温度降为室温。求得淬火试样端面在t时刻的温度并绘制成冷却曲线;然后把从最高温到室温所有数据依次代入公式(2),求得在整个降温范围内的换热系数公式(1)和(2)如下:淬火试样端面在t时刻的温度换热系数式中C为比热容,ρ为密度,λ为导热系数,为换热系数,为实测A点在t时刻温度,为实测A处在t+Δt时刻温度,为表面中心点在t时刻温度,为实测B点在t时刻温度,Δx为A、B两处的距离,为20mm,Δt为从t到t+1时刻的时间,为0.1s,Tw为淬火水的温度。具体实施例:1.选用7A85铝合金板材进行实验测试,通过机加工成测试零件尺寸120mm×20mm×6mm,如图1。2.在垂直于端面方向的中线上钻取两个盲孔A和B(φ2mm×3mm),其中A孔距端面20mm,A与B间隔20mm。3.在盲孔中安插两条K型热电偶,并用高温导电胶固定,热电偶另一端与日本图技8通道精密测温仪5(GL900)连接。设置采样周期为0.1s。4.将试样放入电阻炉中固溶加热到455℃,保温2小时。随后将靠近A孔的端面快速插入水中10mm左右,快速水冷淬火,淬火时间约为10min,注意避免热电偶与冷却水接触。6.同时采用精密测温仪测定A、B两处从455℃降温到室温20℃的过程中,温度随时间的变化情况。实验结束将数据以Excel表格导出,部分数据列于表1。并且绘制冷却曲线,方便直接观察。得到的冷却曲线如图2。表1A、B两处冷却过程温度随时间变化部分数值时间/s00.10.20.30.40.50.60.70.8……A/℃451.6451.3451.1450.8450.5450.3449.8449.9449.3……B/℃456.7456.9456.6456.1455.9456455.3455454.8……6.公式(1)、(2)中7A85铝合金的参数:比热容C为900J/(Kg·K),密度ρ为2700kg/m3,导热系数λ为180W/(m·℃)。为实测A点在t时刻温度,所有数据绘制成图2的TA曲线,为实测B点在t时刻温度,所有数据绘制成图2中TB曲线,A、B两处具体数值可在Excel表中查找,部分数据见表1。A、B两处的距离为Δx=20mm,从t到t+1时刻的时间Δt为0.1s,淬火水的温度Tw为20℃。7.把以上参数以及和的温度值代入公式(1),则可计算得出端面中心点在t时刻的温度全部数据绘制成如图3所示的冷却曲线,部分数据列于表2。表2端面冷却过程温度随时间变化部分数值时间/s00.20.40.60.81.01.21.4……端面/℃448.3446.9446.1445.2444443.5442.5440.9……时间/s……160.0160.2160.4160.6160.8170170.2……端面/℃……9695.794.695.394.894.794.5……8.将端面温度代入公式(2),计算出端面换热系数。换热系数随端面温度变化曲线如图4,部分温度下的表面换热系数如表3。表3部分温度下的表面换热系数本文档来自技高网...
一种铝合金表面换热系数的测量方法

【技术保护点】
一种铝合金表面换热系数的测量方法,其特征在于步骤如下:步骤1:在铝合金板材的宽度方向设置为淬火端面,在垂直于淬火端面方向的中线上设置两个盲孔A和B,在两个盲孔中安插两条K型热电偶,热电偶另一端与测温仪连接;步骤2:将连接热电偶的试样放入电阻炉内固溶加热,加热温度设置为所测铝合金熔点的一半,固溶时间2小时;步骤3:将测试端面进行淬火处理,端面温度降到室温;在步骤2和步骤3的过程中,测温仪以0.1s的采样周期采集热电偶的温度变化数据;步骤4:固溶温度开始每隔0.1s的实时温度值

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面换热系数的测量方法,其特征在于步骤如下:步骤1:在铝合金板材的宽度方向设置为淬火端面,在垂直于淬火端面方向的中线上设置两个盲孔A和B,在两个盲孔中安插两条K型热电偶,热电偶另一端与测温仪连接;步骤2:将连接热电偶的试样放入电阻炉内固溶加热,加热温度设置为所测铝合金熔点的一半,固溶时间2小时;步骤3:将测试端面进行淬火处理,端面温度降到室温;在步骤2和步骤3的过程中,测温仪以0.1s的采样周期采集热电偶的温度变化数据;步骤4:固溶温度开始每隔0.1s的实时温度值和以及相邻的下一时刻的数据依次代入公式直到温度降为室温的数据为止,得到淬火端面在t时刻的...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈忠伟高建平王恩缘谢斌
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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