CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME BẰNG MÔ PHỎNG SỐ
3.4.2. Đường nguội tại một số vị trí khảo sát
Tiến hành trích xuất các kết quả tính tốn mơ phỏng q trình nguội của một số nút thuộc mặt đáy và tiết diện ngang của mơ hình nghiên cứu ta được các đồ thị như thể hiện trên các hình 3.17 và hình 3.18 (do khổ giấy có hạn nên chỉ biểu diễn trong phạm vi từ 0- 100 giây để dễ quan sát).
Kết quả tính tốn đường nguội của một số nút thuộc mặt đáy của mơ hình (mặt tiếp xúc với mơi trường tơi) được thể hiện trên hình 3.17. Chúng ta thấy rằng ở giai đoạn đầu (trong khoảng 0,8 giây đầu) khi mà mẫu tôi được bao phủ bởi một lớp màng hơi thì sự truyền nhiệt từ mẫu tơi ra ngồi mơi trường bằng cả hai hình thức là bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt qua lớp màng hơi [2]. Ở giai đoạn này tốc độ nguội của các nút khảo sát là tương đối chậm, thể hiện bằng các đường nguội có độ dốc tương đối nhỏ.
Ở giai đoạn sau đó (trong khoảng thời gian từ 0,5 giây đến 6,8 giây), khi mà lớp màng hơi cuối cùng tan rã và dung dịch làm nguội tiếp xúc với bề mặt đang rất nóng của mẫu tơi thì chúng sẽ bị sơi. Ở giai đoạn này tất cả các đường nguội của các nút khảo sát đều có độ dốc lớn thể hiện rằng tốc độ nguội của các nút nằm trên bề mặt của mẫu là rất lớn. Đây chính là giai đoạn làm cho q trình tơi khơng cắt vào “đường cong chữ C” của vậtliệu chi tiết tơi và thúc đẩy q trình hình thành các tổ chức tơi như mactenxit hay bainit. Kết quả tính tốn cho biết rằng các nút nằm ở cạnh mép của mơ hình (nút 556, 584, 682, 706, 1252 và 1290) có tốc độ nguội cao hơn so với các nút nằm ở phía trong (nút 2284 và 2448), trong đó các nút nằm ở cạnh mép của mơ hình và thuộc vùng mỏm chữ C (nút 556 và 584) có tốc độ nguội cao nhất. Điều này cũng phản ánh đúng với quy luật truyền nhiệt như đã phân tích ở trên.
Khi giai đoạn sôi chấm dứt (khoảng thời gian sau 1,8 giây đối với các nút 556 và 584 và sau 6,8 giây đối với nút 2448) thì sự truyền nhiệt từ mẫu ra dung dịch tơi bằng hình thức đối lưu [2]. Ở giai đoạn này, các đường nguội chuyển sang thoải (độ dốc giảm) và thời gian càng tăng thì độ dốc của các đường nguội càng tiến dần tới 0, điều này nói lên rằng tốc độ nguội tại các nút khảo sát ở giai đoạn truyền nhiệt đối lưu là khá chậm. Theo kết quả tính tốn thì sau khi tơi 500 giây tốc độ nguội của các nút trên biên của mơ hình bằng 0, khi đó nhiệt độ tại các nút trên biên của mơ hình xấp xỉ bằng với nhiệt độ của môi trường tôi.
Hình 3.17 Đường nguội của một số nút trên mặt đáy của mơ hình khi tơi trong
dung dịch PVP 4%
Theo tài liệu [51] thì nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit của thép OL 100Cr1,5 là Ms = 210oC, căn cứ theo kết quả tính tốn các đường nguội trên hình 3.17 ta xác định được thời điểm bắt đầu chuyển biến mactenxit tại các nút trên mặt đáy của mơ hình như trình bày trong bảng 3.3 dưới đây.
Bảng 3.3 Thời điểm bắt đầu chuyển biến mactenxit
tại một số nút trên mặt đáy của mơ hình
TT Nút Thời điểm chuyển
biến mactenxit [s] 1 556 16,9 2 584 16,5 3 682 46,6 4 706 58,3 5 1252 58,1 6 1290 48,3 7 2284 48,5 8 2448 67,5
Kết quả tính tốn xác định đường nguội của một số nút thuộc tiết diện ngang của mơ hình được thể hiện trên hình 3.18 cũng phản ánh quy luật tương tự như ở trên mặt đáy. Ở giai đoạn tạo màng hơi xung quanh bề mặt của mẫu tơi thì tốc độ nguội của các nút thuộc tiết diện ngang của mơ hình là tương đối chậm, thể hiện bởi các đường nguội tương đối thoải. Ở giai đoạn sôi, độ dốc của các đường nguội của các nút trên mặt tiết diện ngang mơ hình là rất lớn thể hiện tốc độ nguội của các nút trong giai đoạn này là rất lớn. Các nút thuộc bề mặt của mơ hình (các nút 564, 579, 1150, 1138, 1978 và 1997) có tốc độ nguội cao hơn so với các nút nằm ở trong lịng của mơ hình (các nút 19357, và 19775).
Trong đó nút 579 nằm ở điểm xa nhất của mỏm chữ C có tốc độ nguội cao nhất, cịn nút 19775 là nút nằm trong lõi của mơ hình nên có tốc độ nguội chậm nhất thể hiện bằng đường nguội thoải nhất (màu hồng nhạt).
Ở giai đoạn truyền nhiệt đối lưu, độ dốc của các đường nguội giảm mạnh và khi thời gian tăng đến khoảng 100 giây thì các đường nguội gần như nằm ngang (độ dốc của các đường nguội giảm dần về 0). Kết quả tính tốn tồn bộ q trình tơi cho biết rằng sau khi nhúng mẫu vào dung dịch tôi PVP 4% khoảng 500 giây thì tồn bộ mẫu tơi sẽ nguội về đến nhiệt độ của mơi trường tơi.
Hình 3.18 Đường nguội của một số nút trên mặt tiết diện ngang của mơ hình khi tơi
trong dung dịch PVP 4%
Cũng theo các đồ thị đã tính tốn được trên hình 3.18 kết hợp với giản đồ CCT trên hình 2.3, ta có thể xác định được thời điểm bắt đầu xảy ra chuyển biến mactenxit khi tôi mẫu trong dung dịch PVP 4% tại các nút khảo sát trên tiết diện ngang của mơ hình như trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 Thời điểm bắt đầu chuyển biến mactenxit
tại một số nút trên tiết diện ngang của mơ hình
TT Nút Thời điểm chuyển
biến mactenxit [s] 1 564 20,3 2 579 20,0 3 1138 68,3 4 1150 52,5 5 1978 56,7 6 1997 68,1 7 19357 58,2 8 19775 71,5 Ms (210oC)
Theo bảng 3.4, các nút nằm ở vỏ của mơ hình là các vị trí sẽ xảy ra chuyển biến mactenxit sớm hơn so với các nút nằm ở phía trong. Trong đó nút 579 chuyển biến mactenxit sớm nhất (t = 20,0 s) do khả năng thoát nhiệt của nút 579 lớn hơn so với các nút cùng trên tiết diện. Nút 19775 nằm ở giữa lõi của mơ hình và thuộc vùng vật liệu dày nhất có thời điểm chuyển biến mactenxit muộn nhất (t = 71,5 s) so với tất cả các nút khảo sát ở trên. Kết quả tính tốn này cũng phản ánh đúng với lý thuyết truyền nhiệt nói chung, truyền nhiệt khi tơi nói riêng.