Мелкомасштабной турбулентности

Микроструктура закаленной и отпущенной стали должна состоять из мелкоигольчатого мартенсита и карбидов (рис. 322,а). Если сталь недостаточно хорошо отпущена, то, кроме игл мартенсита, в структуре обнаруживается остаточный аустенит (рис. 322,6).

В результате термической обработки поверхностный слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита и изолированных участков остаточного аустепита (не более 15—20 %). Большое значение имеет прокаливаемость цементованного слоя, под которым понимают способность стали образовывать структуру мартенсита с HRC 59—62 на заданном расстоянии от поверхности. Образование в цементованном слое карбидов и внутреннее окисление, уменьшая количество легирующих элементов в аустените, снижают прокаливаемость цементованного слоя Карбиды добавочно уменьшают прокаливаемость, играя роль готовых центров распада аустенита, снижая его устойчивость. Недопустимо образование карбидной сетки, резко повышающей хрупкость слоя Изолированные карбиды также могут снизить вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей. Увеличение интенсивности охлаждения повышает прокаливаемость слоя.

После закалки структура цементированного слоя состоит из мелкоигольчатого мартенсита и избыточных карбидов.

Установлено, что скорость волн зависит от изменения модулей упругости и сдвига, относительное изменение которых соответственно составляет А? = 6,8 % и AG = 7,8 %. Плотность металла, которая связывает значения скорости волн с модулями, изменяется незначительно в пределах Ар = 0,4 ... 0,75 %. В свою очередь Е и G изменяются под воздействием различного структурного состояния металла в разных зонах закаленного слоя. Картина микроструктуры различных участков закаленного слоя сталей для валков складывается из мелкоигольчатого мартенсита (активная зона I), который сменяется трооститом (переходная зона II), далее следует сорбитообразный, а затем зернистый перлит (зона III).

С. А. Серегин и Ю. А. Епифанцев исследовали стали СтЗ, 45 и У7 при обработке стальным диском, вращающимся со скоростью до 100 м/с [58]. При малых скоростях в поверхностном слое выявлен троостит с небольшим количеством мелкоигольчатого мартенсита, при высоких скоростях структура мелкоигольчатого мартенсита, а в переходном режиме структура мартенсит+троостит Твердость поверхностного слоя стали СтЗ в 1,6 раза превышала твердость исходного металла, а сталей У7 и 45 повышалась соответственно до HV 7920 и HV 7440 Н/мм2. Образование поверхностного слоя, отличающегося высокими твердостью, износостойкостьк и пластичностью, объясняется одновременными структурным! превращениями и пластической деформацией в приконтактно\ слое, нагреваемом до высоких температур. Вследствие высокое теплопроводности этого слоя наряду с фазовыми превращениям! аустенита в мартенсит наблюдалось упрочнение при механическог. наклепе.

Химико-термическая обработка стальных деталей основана на поверхностном насыщении стальных деталей углеродом, азотом, алюминием, бором (цементирование, азотирование, алитирование, борирование). Она значительно повышает долговечность деталей, их контактную и усталостную прочность. Напряжения изгиба при хрупком разрушении и.предел прочности получаются максимальными при поверхностном содержании углерода 0,8—1,0%:. Наиболее высокий предел выносливости имеют детали, диффузионный слой которых состоит из мелкоигольчатого мартенсита и мелких карбидов 9—66 129

Анализ результатов металлографических исследований образцов, подвергнутых действию излучения ОКГ, показал, что ЗТВ в этом случае состоит из трех слоев. Первый слой имеет крупнозернистую структуру мартенсита и остаточного аустенита, второй — структуру мелкоигольчатого мартенсита, остаточного аустенита и избыточных карбидов. Между первыми двумя слоями и исходной структурой располагается слой отпуска, вызванного тепловым воздействием луча ОКГ.

1812 Вт/сма при длительности импульса 10 8—10 э с. Такое значение длительности импульса заметно сказывается на процессах, происходящих в материале под воздействием излучения. В условиях воздействия лазерными импульсами миллисекундной длительности в материалах происходят структурные изменения, вызванные большими скоростями нагрева и охлаждения. Исследованиями установлены существенные отличия структур, образовавшихся при облучении стали 20 импульсными ОКГ длительностью 10~8 с и энергией 1—35 Дж, от структур, полученных в этой же стали при воздействии излучения миллисекундной длительности [41]. Зона воздействия гигантского импульса на сталь 20 состояла из трех слоев: первый слой (толщина 10—20 мкм) — участок со структурой мелкоигольчатого мартенсита и микротвердостью 760 кгс/мм2; второй (толщина »20 мкм) — ЗТВ, для структуры которой характерны превращенные зерна перлита с микротвердостью 650 кгс/мм2; третий (толщина 700—750 мкм) — зона механического влияния (ЗМВ), для структуры которой характерен феррит, причем ферритные зерна в этой зоне содержат двойниковые кристаллы. Микротвердость этой зоны составляет 230 кгс/мм2.

верхности чаще встречаются иглы мартенсита среднего размера, в глубине залегают кристаллы мелкоигольчатого мартенсита.

аустенита можно также достичь путем применения высокого отпуска. Кроме того, последующая закалка позволяет получить однородную структуру мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенны-

СТАЛЬ ЛЕГИРОВАННАЯ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ— вольфрамовая, хромистая и кобальтовая сталь, содержащая около 1 % С. Высокая коэрцитивная сила магнитов получается после закалки стали на мартенсит. Полный цикл термообработки усложняется вследствие склонности данной стали к выпадению карбидов. Предварительно для механич. обработки сталь подвергается смягчающему отпуску при 650—825°. Происходящие при этом карбидные превращения резко снижают коэрцитивную силу («порча» стали). Затем «испорченная» сталь проходит «исправляющую» обработку — нормализацию с 1000—1250°. Заключительной операцией является закалка с 800—1050° в воде или масле после выдержки не более 10—15 мин. (во избежание карбидной «порчи»), приводящая к структуре мелкоигольчатого мартенсита. Хим. сост. исв-ваС.л. для п.м. приведены в табл. Магнитные св-ва хромистой и вольфрамовой стали не намного превышают св-ва простой углеродистой стали с тем же содержанием углерода. Роль хрома и вольфрама сводится в основном к повышению прока-ливаемости и стабилизации магнитных св-в. Гораздо более высокими св-вами обладает кобальтовая сталь. С. л. для п. м. находит огранич. применение. Она вытесняется сплавами алии и алнико, имеющими гораздо более высокие магнитные св-ва (см. Ални сплавы].

Отличительной особенностью горения в условиях мелкомасштабной турбулентности служит отсутствие деформирования фронта пламени.

Дальнешее развитие теории горения в турбулентном потоке [72] исходит из предположения о тесной взаимосвязи мелкомасштабной и крупномасштабной турбулентности. Исходя из этих представлений, считают, что мелкомасштабная турбулентность носит определяющий характер, а крупномасштабная — определяемый. Возникновение в зоне горения мелкомасштабной турбулентности влечет за собой увеличение ширины зоны горения, что приводит к постепенному освоению этой зоной пульсаций все более крупных масштабов. При возрастании роли крупномасштабного механизма ускорения процесса горения падает значение мелкомасштабного механизма, и наоборот. Процесс крупномасштабного ускорения в условиях нестационарного го-рейия приводит к быстрому росту скорости распространения пламени за счет расширения зоны горения 6. В дальнейшем по мере того, как пламя становится стационарным, роль крупномасштабного ускорения процесса горения становится все меньше в связи с тем, что зона горения постепенно расширяется за счет мелкомасштабного механизма ускорения и поглощает все пульсации более крупных масштабов. В связи с тем, что в турбулентном потоке могут возникать и исчезать турбулентности тех или иных масштабов, ширина зоны горения даже при стабилизированном горении может меняться; это приводит к характерной вибрации и шумам в турбулентном пламени.

ламинарном потоке, при мелкомасштабной турбулентности, при крупномасштабной турбулентности и в общем случае; I* и 'к —масштабы турбулентности соответственно мелкого и крупного порядка; Ун и УК— коэффициенты, характеризующие вероятность соответствующего класса пульсаций;

В соответствии со взглядами Дамкелера и Щелкина при исследовании влияния турбулентных пульсаций на распространение пламени следует различать два существенно различных случая: мелко- и крупномасштабную турбулентность. Эффект мелкомасштабной турбулентности сводится к интенсификации процессов молекулярного обмена в ламинарных пламенах, возникающих в зоне горения по границам контакта продуктов горения и исходной топливо-воздушной смеси. В дальнейшем для краткости изложения ламинарные пламена с интенсифицированным молекуляр-

ным обменом под действием мелкомасштабной турбулентности будут именоваться пограничной зоной реакции (ПЗР).

Принимается, что в мелкомасштабной турбулентности из всего спектра масштабов 1Е участвуют лишь те, абсолютные величины которых не превосходят ширины ПЗР ЬКУ1: 1Е < Ьни. В крупномасштабной турбулентности, приводящей к искривлению или дроблению ПЗР, при этом участвуют масштабы, которые удовлетворяют условию 1Е > Ьим- В связи с этим весь спектр можно разделить на две области (рис. 1, а): заштрихованная область (0 < /?<&Нм) является мелкомасштабным участком спектра, незаштрихованная — крупномасштабным (&I:M<"ZE < оо). Нетрудно видеть, что относительные размеры каждой области зависят как от среднего масштаба "/?, так и от физико-химических свойств топливной смеси, определяющих величину Ьнм.

(математическое ожидание), определяющая уровень мелкомасштабной турбулентности, находится интегрированием в пределах рассматриваемого участка

Безразмерный коэффициент ф в формуле (5) характеризует относительное число или вероятность участия турбулентных пульсаций потока в мелкомасштабной турбулентности.

Если пренебречь стадией распада мелкомасштабной турбулентности, идеальный спектр, как показано на фиг. 13, может быть разделен на две различные части, соответствующие упорядоченному первичному движению и случайному турбулентному вторичному движению. Площади под этими частями кривой спектральной плотности определяют энергию этих двух нестационарных движений. Полная интенсивность пульсаций давления р'2 равна сумме этих площадей, т. е.

для мелкомасштабной турбулентности

Расчет скорости диссипации, интегрального масштаба турбулентности и внутренних масштабов турбулентности в опытах показывает (табл. 2), что по длине струи скорость диссипации падает, а интегральный масштаб турбулентности возрастает. Последнее обстоятельство является следствием затухания прежде всего мелкомасштабной турбулентности. Скорость наименьших вихрей v0 падает по длине струи, а масштаб их г\ увеличивается.