Làm mát bằng không khí: Kiểm soát tản nhiệt trong sản xuất thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Làm mát bằng không khí là một quá trình xử lý nhiệt được kiểm soát trong đó thép được nung nóng được làm nguội dần bằng cách tiếp xúc với không khí xung quanh tĩnh hoặc cưỡng bức. Kỹ thuật này thể hiện tốc độ làm mát trung gian giữa làm nguội (làm nguội nhanh trong môi trường lỏng) và làm mát bằng lò (làm nguội rất chậm). Làm mát bằng không khí đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các đặc điểm cấu trúc vi mô và tính chất cơ học cụ thể trong các sản phẩm thép mà không có sốc nhiệt liên quan đến làm nguội hoặc thời gian xử lý kéo dài của làm mát bằng lò.

Trong bối cảnh rộng hơn của ngành luyện kim, làm mát bằng không khí chiếm vị trí chiến lược giữa các phương pháp làm mát khác nhau, mang lại sự cân bằng giữa độ cứng, độ bền và độ dẻo. Nó đặc biệt quan trọng trong sản xuất thép cacbon trung bình và thép hợp kim khi cần độ cứng vừa phải. Quy trình này cho phép chuyển đổi austenit có kiểm soát thành nhiều thành phần vi cấu trúc khác nhau, cho phép các nhà luyện kim điều chỉnh các đặc tính của thép cho các ứng dụng cụ thể.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, làm mát bằng không khí ảnh hưởng đến động học chuyển pha trong thép bằng cách kiểm soát tốc độ các nguyên tử có thể tự sắp xếp lại trong quá trình làm mát từ nhiệt độ austenit. Trong quá trình làm mát bằng không khí, các nguyên tử cacbon có đủ thời gian để khuếch tán một phần nhưng không hoàn toàn, tạo ra các vi cấu trúc trung gian. Tốc độ làm mát ảnh hưởng đến tốc độ hình thành và phát triển của các pha ferit, peclit, bainit hoặc martensite, tùy thuộc vào thành phần thép và nhiệt độ ban đầu.

Cơ chế này liên quan đến sự chuyển động của các nguyên tử cacbon và nguyên tử sắt để tạo thành các cấu trúc tinh thể mới khi vật liệu nguội đi. Trong thép hợp kim trung bình đến cao, các nguyên tố thay thế như crom, molypden và niken làm chậm quá trình khuếch tán, khiến các loại thép này phản ứng tốt hơn với các phương pháp xử lý làm mát bằng không khí. Quá trình được kiểm soát bằng khuếch tán này xác định kích thước hạt cuối cùng, phân bố pha và do đó, các tính chất cơ học.

Mô hình lý thuyết

Khung lý thuyết chính để hiểu về làm mát bằng không khí là sơ đồ Thời gian-Nhiệt độ-Biến đổi (TTT), sơ đồ này lập bản đồ mối quan hệ giữa tốc độ làm mát và sự tiến hóa của cấu trúc vi mô. Các sơ đồ này, được Edgar C. Bain phát triển lần đầu tiên vào những năm 1930, đã cách mạng hóa sự hiểu biết về xử lý nhiệt bằng cách hình dung cách các đường làm mát khác nhau tạo ra các cấu trúc vi mô khác nhau.

Biểu đồ Biến đổi Làm mát Liên tục (CCT) sau đó mở rộng các khái niệm TTT bằng cách tính đến các điều kiện làm mát không đẳng nhiệt thể hiện tốt hơn các quy trình công nghiệp. Các phương pháp tính toán hiện đại kết hợp các mô hình nhiệt động lực học và động học để dự đoán sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình làm mát bằng không khí với độ chính xác ngày càng tăng.

Phương trình Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) cung cấp cơ sở toán học để hiểu động học chuyển pha trong quá trình làm nguội, mặc dù ứng dụng của nó vào các loại thép đa pha phức tạp đòi hỏi phải có những sửa đổi đáng kể.

Cơ sở khoa học vật liệu

Làm mát bằng không khí ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chuyển đổi cấu trúc tinh thể từ austenit lập phương tâm mặt (FCC) sang ferit lập phương tâm khối (BCC) hoặc martensite tứ giác tâm khối (BCT). Tốc độ làm mát xác định cách các nguyên tử cacbon phân phối lại trong quá trình chuyển đổi này, ảnh hưởng đến độ méo mạng và các tính chất cơ học thu được.

Các ranh giới hạt đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm mát bằng không khí vì chúng đóng vai trò là các vị trí hình thành hạt cho các pha mới. Tốc độ làm mát ảnh hưởng đến tính di động của ranh giới hạt và do đó ảnh hưởng đến kích thước hạt cuối cùng. Làm mát bằng không khí nhanh hơn (sử dụng quạt hoặc khí nén) thường tạo ra các cấu trúc hạt mịn hơn so với làm mát bằng không khí tĩnh.

Các nguyên lý cơ bản của sự khuếch tán, hình thành hạt và tăng trưởng chi phối sự phát triển của cấu trúc vi mô trong quá trình làm mát bằng không khí. Các quá trình này tuân theo định luật khuếch tán của Fick và chịu ảnh hưởng của các lực thúc đẩy nhiệt động lực học để chuyển đổi pha, thay đổi theo nhiệt độ và thành phần.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Tốc độ làm mát trong quá trình làm mát bằng không khí có thể được biểu thị bằng Định luật làm mát của Newton:

$$\frac{dT}{dt} = -h \cdot \frac{A}{m \cdot c_p} \cdot (T - T_{\text{môi trường xung quanh}} )$$

Ở đâu:
- $\frac{dT}{dt}$ là tốc độ làm mát (°C/s)
- $h$ là hệ số truyền nhiệt (W/m²·°C)
- $A$ là diện tích bề mặt của phần thép (m²)
- $m$ là khối lượng của thành phần (kg)
- $c_p$ là nhiệt dung riêng của thép (J/kg·°C)
- $T$ là nhiệt độ tức thời của thép (°C)
- $T_{\text{ambient}} $ là nhiệt độ không khí xung quanh (°C)

Công thức tính toán liên quan

Hệ số truyền nhiệt cho quá trình làm mát bằng không khí cưỡng bức có thể được ước tính bằng cách sử dụng:

$$h = 10,45 - v + 10 \cdot \sqrt{v}$$

Ở đâu:
- $h$ là hệ số truyền nhiệt (W/m²·°C)
- $v$ là vận tốc không khí (m/s)

Thời gian làm mát từ nhiệt độ T₁ đến T₂ có thể được tính như sau:

$$t = \frac{m \cdot c_p}{h \cdot A} \cdot \ln\left(\frac{T_1 - T_{\text{môi trường}} }{T_2 - T_{\text{môi trường}} }\right)$$

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này giả định sự phân bố nhiệt độ đồng đều trên toàn bộ thành phần thép, điều này chỉ đúng với các bộ phận có số Biot nhỏ (Bi < 0,1). Đối với các thành phần lớn hơn, dẫn nhiệt bên trong vật liệu trở thành yếu tố hạn chế, đòi hỏi phân tích phần tử hữu hạn phức tạp hơn.

Các mô hình giả định các đặc tính nhiệt không đổi, mặc dù trên thực tế, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt thay đổi theo nhiệt độ. Để tính toán chính xác, cần kết hợp các đặc tính phụ thuộc vào nhiệt độ.

Các phương trình này chủ yếu áp dụng cho hình học đơn giản. Hình dạng phức tạp đòi hỏi các phương pháp số hoặc hệ số hiệu chỉnh để tính đến tốc độ làm mát không đồng đều trên các phần khác nhau.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM A1033: Thực hành tiêu chuẩn để đo lường định lượng và báo cáo các chuyển đổi pha thép hợp kim thấp và cacbon hypoeutectoid
• ISO 643: Thép – Xác định kích thước hạt biểu kiến ​​bằng phương pháp vi mô
• ASTM E3: Hướng dẫn chuẩn để chuẩn bị mẫu kim loại học
• ASTM E407: Thực hành tiêu chuẩn cho vi khắc kim loại và hợp kim

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Camera ảnh nhiệt cung cấp bản đồ phân phối nhiệt độ theo thời gian thực trong quá trình làm mát bằng không khí. Các thiết bị này phát hiện bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt thép và chuyển đổi thành nhiệt độ đọc được với độ chính xác thường trong phạm vi ±2°C.

Các cặp nhiệt điện nhúng ở nhiều độ sâu khác nhau trong các mẫu thử nghiệm đo tốc độ làm mát trên toàn bộ mặt cắt ngang. Các cặp nhiệt điện loại K thường được sử dụng vì phạm vi nhiệt độ rộng (-200°C đến 1350°C) và độ chính xác hợp lý.

Máy đo độ giãn nở đo những thay đổi về kích thước trong quá trình làm mát, cung cấp dữ liệu chính xác về nhiệt độ chuyển pha bằng cách phát hiện những thay đổi về thể tích liên quan đến chuyển đổi cấu trúc tinh thể.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kim loại học tiêu chuẩn thường có đường kính 10-30mm hoặc mặt cắt ngang hình vuông, chiều cao 10-15mm. Các mẫu lớn hơn có thể được sử dụng để mô phỏng điều kiện làm mát công nghiệp cho các thành phần cụ thể.

Chuẩn bị bề mặt đòi hỏi phải mài bằng chất mài mòn mịn hơn dần dần (thường là 120 đến 1200 grit), sau đó đánh bóng bằng hỗn dịch kim cương hoặc nhôm oxit để đạt được độ bóng gương. Khắc bằng thuốc thử thích hợp (thường là 2-5% nital) để lộ các đặc điểm cấu trúc vi mô.

Mẫu vật phải không bị biến dạng hoặc không bị ảnh hưởng bởi xử lý nhiệt trước đó có thể ảnh hưởng đến quá trình biến đổi trong quá trình thử nghiệm.

Thông số thử nghiệm

Kiểm tra tiêu chuẩn thường diễn ra ở nhiệt độ môi trường từ 20-25°C với độ ẩm tương đối dưới 60%. Đối với các thử nghiệm làm mát bằng không khí cưỡng bức, tốc độ không khí được kiểm soát và đo cẩn thận, thường dao động từ 1-10 m/s.

Nhiệt độ austenit hóa ban đầu được lựa chọn dựa trên thành phần thép, thường cao hơn nhiệt độ Ac₃ 30-50°C, với thời gian giữ đủ để austenit hóa hoàn toàn (thường là 15-60 phút).

Tốc độ làm mát được theo dõi liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm, với tốc độ thu thập dữ liệu ít nhất là 1 Hz đối với quá trình làm mát chậm và lên tới 100 Hz đối với các vùng chuyển đổi quan trọng.

Xử lý dữ liệu

Dữ liệu nhiệt độ-thời gian được thu thập dưới dạng kỹ thuật số và được xử lý để tính toán tốc độ làm mát ở các khoảng nhiệt độ khác nhau. Phân tích đạo hàm xác định các điểm uốn tương ứng với nhiệt độ chuyển pha.

Phân tích thống kê thường bao gồm tính toán tốc độ làm mát trung bình, độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy dựa trên nhiều lần chạy thử nghiệm. Phát hiện và loại bỏ giá trị ngoại lệ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tiêu chuẩn Chauvenet hoặc các phương pháp tương tự.

Phân tích cấu trúc vi mô cuối cùng sẽ liên hệ tốc độ làm mát với kết quả kim loại học định lượng, bao gồm phần trăm pha, phép đo kích thước hạt và giá trị độ cứng.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi tốc độ làm mát điển hình (°C/giây)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (<0,25% C)	0,5-2,0	Không khí tĩnh, 25°C, độ dày 10mm	Tiêu chuẩn ASTM A1033
Thép Cacbon trung bình (0,25-0,6% C)	1.0-3.0	Không khí cưỡng bức (3 m/s), 25°C, độ dày 10mm	Tiêu chuẩn ASTM A1033
Thép hợp kim thấp (tổng hợp kim 1-5%)	1,5-4,0	Không khí cưỡng bức (5 m/s), 25°C, độ dày 10mm	Tiêu chuẩn ISO643
Thép công cụ	2.0-5.0	Không khí cưỡng bức (8 m/s), 25°C, độ dày 10mm	Tiêu chuẩn ASTM E3

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thép chủ yếu là do sự khác biệt về độ dày tiết diện, tỷ lệ bề mặt trên thể tích và hàm lượng hợp kim cụ thể. Tiết diện mỏng hơn nguội nhanh hơn tiết diện dày hơn, ngay cả trong điều kiện làm mát bằng không khí giống hệt nhau.

Các giá trị này đóng vai trò là hướng dẫn cho thiết kế quy trình xử lý nhiệt, với tốc độ làm mát thực tế cần được xác minh cho các thành phần cụ thể. Tốc độ làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, độ bền và độ dẻo, với tốc độ nhanh hơn thường tạo ra độ cứng và độ bền cao hơn nhưng độ dẻo thấp hơn.

Một xu hướng đáng chú ý giữa các loại thép là hàm lượng hợp kim cao hơn thường đòi hỏi tốc độ làm nguội nhanh hơn để đạt được mức độ cứng tương tự so với thép cacbon thông thường.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư kết hợp hiệu ứng làm mát bằng không khí vào thiết kế bằng cách lựa chọn các loại thép phù hợp dựa trên độ dày của tiết diện và các đặc tính cơ học cần thiết. Các tính toán về độ cứng giúp dự đoán khả năng làm cứng xuyên suốt cho các kích thước tiết diện khác nhau trong điều kiện làm mát bằng không khí.

Các hệ số an toàn thường nằm trong khoảng từ 1,2-1,5 khi thiết kế các thành phần dựa trên các đặc tính làm mát bằng không khí, tính đến các biến thể về tốc độ làm mát trên các hình học phức tạp. Các thành phần quan trọng có thể yêu cầu các hệ số bảo thủ hơn là 1,5-2,0.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường cân nhắc lợi ích về chi phí của việc làm mát bằng không khí (so với các hoạt động làm nguội tốn kém hơn) so với các đặc tính có thể đạt được. Đối với nhiều ứng dụng, thép hợp kim trung bình làm mát bằng không khí cung cấp sự cân bằng tối ưu giữa các đặc tính và chi phí xử lý.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Trong các ứng dụng kết cấu, thép làm mát bằng không khí cung cấp sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền và độ dẻo dai cho các thành phần cầu, khung tòa nhà và kết cấu thiết bị hạng nặng. Thép ASTM A913 Cấp 65, thường được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng, đạt được các đặc tính của nó thông qua làm mát bằng không khí có kiểm soát.

Các thành phần ô tô như thanh truyền, trục khuỷu và các bộ phận hệ thống treo thường sử dụng thép hợp kim làm mát bằng không khí để cân bằng khả năng chống mỏi, độ bền và khả năng sản xuất. Thép SAE 4140 và 4340 đặc biệt được đánh giá cao cho các ứng dụng này.

Thiết bị phát điện, bao gồm các thành phần tuabin và bình chịu áp suất, dựa vào thép hợp kim làm mát bằng không khí để có khả năng chống biến dạng tuyệt vời và độ ổn định lâu dài ở nhiệt độ cao. Làm mát bằng không khí giúp giảm thiểu sự biến dạng trong các thành phần chính xác này.

Đánh đổi hiệu suất

Làm mát bằng không khí tạo ra sự đánh đổi cơ bản giữa độ cứng và ứng suất bên trong. Tốc độ làm mát bằng không khí nhanh hơn làm tăng độ cứng nhưng cũng tạo ra ứng suất dư cao hơn có thể dẫn đến biến dạng hoặc thậm chí nứt trong trường hợp nghiêm trọng.

Độ dai và độ bền là một sự cân bằng khác chịu ảnh hưởng của tốc độ làm mát. Làm mát bằng không khí vừa phải thường tạo ra độ dai va đập tốt hơn so với làm nguội nhanh, mặc dù phải hy sinh một số độ bền tối đa có thể đạt được.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này bằng cách lựa chọn cẩn thận các thành phần hợp kim phản ứng phù hợp với quá trình làm mát bằng không khí. Việc bổ sung các nguyên tố như niken giúp cải thiện độ dẻo dai trong khi molypden và crom giúp tăng khả năng làm cứng, cho phép tốc độ làm mát chậm hơn để đạt được mức độ bền mong muốn.

Phân tích lỗi

Hỏng biến dạng thường gặp ở các thành phần làm mát bằng không khí có hình dạng phức tạp hoặc độ dày tiết diện khác nhau. Tốc độ làm mát không đều tạo ra các gradient nhiệt tạo ra ứng suất bên trong, gây cong vênh hoặc thay đổi kích thước vượt quá dung sai.

Cơ chế hỏng hóc thường liên quan đến thời gian biến đổi khác biệt trên toàn bộ thành phần, với các phần mỏng hơn biến đổi sớm hơn các phần dày hơn. Điều này tạo ra những thay đổi về thể tích xảy ra không đồng đều trên toàn bộ bộ phận.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm thiết kế các thành phần có độ dày mặt cắt đồng đều hơn, sử dụng đồ gá trong quá trình làm mát để hạn chế các kích thước quan trọng hoặc sử dụng các kỹ thuật làm mát gián đoạn cho phép cân bằng nhiệt độ trước khi chuyển đổi hoàn toàn.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm cứng và phản ứng với làm mát bằng không khí. Mức cacbon cao hơn (0,4-0,6%) cho phép hình thành các cấu trúc vi mô mạnh hơn ngay cả với tốc độ làm mát bằng không khí vừa phải.

Mangan làm tăng đáng kể khả năng tôi luyện, cho phép tôi luyện sâu hơn trong quá trình làm mát bằng không khí. Mỗi lần tăng 1% mangan có tác dụng tương đương với việc tăng 0,5% cacbon mà không bị giòn.

Crom, molypden và vanadi tạo thành cacbua ức chế sự phát triển của hạt trong quá trình austenit hóa và làm chậm quá trình làm mềm trong quá trình làm mát. Các nguyên tố này đặc biệt có giá trị đối với thép công cụ làm mát bằng không khí và các ứng dụng chịu nhiệt.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt austenit mịn hơn trước khi làm mát sẽ đẩy nhanh động học chuyển đổi trong quá trình làm mát bằng không khí, thúc đẩy các đặc tính đồng đều hơn trên toàn bộ mặt cắt ngang. Các số kích thước hạt ASTM 5-8 thường là tối ưu cho các ứng dụng làm mát bằng không khí.

Phân bố pha sau khi làm mát bằng không khí ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cơ học. Hỗn hợp cân bằng giữa ferit và perlit mang lại khả năng gia công tốt, trong khi cấu trúc bainit mang lại độ bền vượt trội kết hợp với độ bền cao.

Các tạp chất phi kim loại hoạt động như chất tập trung ứng suất và có thể gây ra các vết nứt mỏi trong các thành phần chịu tải theo chu kỳ. Kiểm soát hàm lượng tạp chất và hình thái thông qua các biện pháp vệ sinh thép là điều cần thiết đối với các thành phần làm mát bằng không khí quan trọng.

Xử lý ảnh hưởng

Lịch sử xử lý nhiệt trước đây ảnh hưởng đến tính đồng nhất của austenit và kích thước hạt, từ đó ảnh hưởng đến hành vi biến đổi trong quá trình làm mát bằng không khí. Các cấu trúc chuẩn hóa thường phản ứng đồng đều hơn với quá trình làm mát bằng không khí tiếp theo so với các cấu trúc đúc sẵn hoặc gia công nóng.

Các quy trình gia công cơ học như rèn hoặc cán giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt và phá vỡ sự phân tách, thúc đẩy phản ứng đồng đều hơn với quá trình làm mát bằng không khí. Tỷ lệ giảm ít nhất là 3:1 thường được khuyến nghị trước khi xử lý làm mát bằng không khí cuối cùng.

Sự đồng đều về tốc độ làm mát là rất quan trọng đối với các đặc tính nhất quán. Hướng của các thành phần trong quá trình làm mát, các kiểu lưu thông không khí và khoảng cách giữa nhiều bộ phận đều ảnh hưởng đến tốc độ làm mát cục bộ và phải được kiểm soát cẩn thận.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ làm mát, với những thay đổi theo mùa có khả năng gây ra sự khác biệt 15-30% về tốc độ làm mát giữa mùa hè và mùa đông tại các cơ sở không có hệ thống kiểm soát khí hậu.

Độ ẩm ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt trong quá trình làm mát bằng không khí, độ ẩm cao hơn làm tăng nhẹ tốc độ làm mát do hiệu ứng ngưng tụ trên bề mặt linh kiện.

Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao sau khi làm mát bằng không khí có thể gây ra những thay đổi về cấu trúc vi mô thông qua hiệu ứng tôi luyện. Hiện tượng phụ thuộc vào thời gian này phải được xem xét đối với các thành phần hoạt động ở nhiệt độ trên 200°C.

Phương pháp cải tiến

Làm mát bằng không khí trong buồng kín ngăn ngừa quá trình oxy hóa bề mặt và khử cacbon trong khi vẫn duy trì tốc độ làm mát chính xác. Phương pháp này đặc biệt có giá trị đối với thép công cụ hợp kim cao và các thành phần chính xác.

Quy trình làm mát theo từng bước, trong đó các thành phần được làm mát đến nhiệt độ trung gian và giữ nguyên trước khi làm mát thêm, có thể làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ và giảm thiểu biến dạng ở các bộ phận phức tạp.

Quạt tốc độ thay đổi được điều khiển bằng máy tính cho phép điều chỉnh linh hoạt tốc độ làm mát trong suốt chu trình làm mát, tối ưu hóa sự phát triển cấu trúc vi mô và giảm thiểu ứng suất dư.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Chuẩn hóa là một phương pháp xử lý nhiệt có liên quan chặt chẽ bao gồm làm mát bằng không khí từ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển đổi quan trọng, nhằm mục đích tinh chỉnh cấu trúc hạt và đồng nhất cấu trúc vi mô.

Độ cứng mô tả khả năng hình thành martensit của thép ở độ sâu xác định khi được làm nguội trong điều kiện nhất định, ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng khi làm nguội bằng không khí trên các độ dày khác nhau của mặt cắt.

Thử nghiệm tôi cuối Jominy cung cấp một phương pháp chuẩn hóa để đánh giá khả năng làm cứng bằng cách đo độ cứng dọc theo chiều dài của thanh được làm nguội ở một đầu, tạo ra quang phổ liên tục về tốc độ làm nguội tương tự như những tốc độ gặp phải khi làm nguội bằng không khí.

Các thuật ngữ này tạo thành một khuôn khổ liên kết để hiểu và dự đoán hành vi của thép trong quá trình làm mát có kiểm soát.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A255 "Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định độ cứng của thép" thiết lập các quy trình để đánh giá cách thép phản ứng với các tốc độ làm mát khác nhau, cung cấp dữ liệu cần thiết cho thiết kế quy trình làm mát bằng không khí.

ISO 9950 "Dầu tôi công nghiệp — Xác định đặc tính làm mát — Phương pháp thử đầu dò hợp kim niken" bao gồm dữ liệu so sánh về làm mát bằng không khí làm điều kiện tham chiếu.

SAE J406 "Phương pháp xác định độ cứng của thép" cung cấp các hướng dẫn dành riêng cho ngành được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ, nơi thường sử dụng phương pháp làm mát bằng không khí.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào mô hình động lực học chất lưu tính toán để dự đoán các mẫu luồng không khí và tốc độ làm mát trong các cấu trúc thành phần phức tạp, cho phép kiểm soát quy trình và dự đoán tính chất chính xác hơn.

Các công nghệ cảm biến mới cho phép theo dõi thời gian thực tốc độ làm mát và tiến trình chuyển đổi trong quá trình làm mát không khí công nghiệp, hỗ trợ các hệ thống điều khiển thích ứng điều chỉnh các thông số làm mát một cách linh hoạt.

Những phát triển trong tương lai có thể sẽ tích hợp các thuật toán học máy với mô hình nhiệt để tối ưu hóa quy trình làm mát không khí cho các thành phần cụ thể, giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng đồng thời tối đa hóa việc phát triển tính chất mong muốn.