淬火介质冷却曲线的判读和评价.doc

淬火介质冷却曲线的判读和评价1995年5月1日，国际标准组织（ISO）颁布了淬火油冷却特性测定方法Industrial quenching oils-determination of cooling characteristics-Nickel-alloy probe test method（ISO9950）。在1988年，我国颁布了2个标准，即GB9449淬火介质冷却性能试验方法（1995年调整为行业标准 JBT7951）和SHT0220热处理油冷却性能测定法。目前这3个标准在国内都被采用。JBT7951来自法国淬火液体小组 A*T*T*T*S*F*M联合委员会在1982年提出的淬火油烈度-银探头试验方法。SHT0220来自日本工业标准热处理油（JISK 224280）。70年代初开始淬火油的研制工作时采用的是仿日的探头，一直沿用至今。国内大多数淬火介质生产厂和使用厂都采用此标准。上述3个标准探头的相同点是都是热电偶测试探头，而且都在探头几何中心。都是K型热电偶。探头形状都是圆柱形。这3种探头的不同点是ISO为12.5mm60mmIncone1600镍基合金，JB和SH为银。JB为16mm48mm，SH为10mm30mm。ISO是铠装热电偶，外径1.5mm而JB、SH为0.5mm的偶丝。2判读方法的概述冷却曲线判读的目的在于评价淬火介质的冷却能力。要评价就要有一个做为基准的参照系统。一般情况下，都是采用水和油。这是因为水和油是最早采用的淬火介质。而且一直到现在仍是最常用的淬火介质。Grossmann的H值也是如此，即以水的H值为1，油的H值为0.25。既使不是定量地评价，也仍然要以水和油的冷却能力为基础做出定性的评价。第二条原则是冷却曲线与钢材连续冷却转变曲线的关系，即淬火介质冷却性能与所淬钢材的对应原则。这条原则是说明冷却曲线对应连续冷却转变曲线的不同阶段所应具备的冷却性能。原则上说，在JB、SH探头心部的热电偶测得的冷却曲线可认为是工件（小中尺寸）表面或次表面的冷却曲线，而ISO测得的曲线则被认为是工件（小中尺寸）心部或接近心部的冷却曲线。3ISO9950的判读和评价按照ISO9950的规定，给出某个淬火介质的冷却性能的测试结果应分3个部分：冷却曲线（包括温度时间曲线和温度冷却速度曲线）、冷却时间和冷却速度。冷却时间和冷却速度的要求如表1。表1ISO冷却时间和冷却速度的要求冷却时间s冷却速度.s1850600（精确到0.5s）850400（精确到0.5s）850200（精确到0.5s）最大冷却速度（精确到0.5.s1）最大冷速所在温度（精确到0.5.s1）300的冷速（精确到0.5.s1）表2ISO参照油及相近油的指标名称ISO参照油100SNN22N32150SN40的运动粘度mm2.s1212191222.228.83.2302粘度指数10059898闪点20010（闭口）185（开口）170（开口）170（开口）200（开口）注：开口闪点比闭口闪点约高2030。3.1参照油的要求ISO9950规定了参照油的主要理化指标如表2，我国成品油中和该油相近油的指标也列在表2。国内与ISO参照油接近的油有100SN，N22，N32和150SN。可以认为100SN最接近ISO参照油，其次是N22机械油，不过N22不易获得，而N32机械油和150SN相近。N32机械油，是国内应用最普遍的机械油，一直做为淬火油而广泛应用，所以我们选用N32油做为参照油，更符合国情。ISO参照油和N32油的冷却性能列于表3。表3参照油冷却性能名称ISO参照油N32机械油最大冷速.s1最大冷速所在温度300时的冷速.s150351020716035302071从850冷却到下列温度的时间s60040020013120152.52.51211614533.2自来水的冷却性能在ISO9950中没有自来水的冷却性能的指标，因为该标准原用于淬火油。在研究水基淬火介质时，也使用该标准，因此知道自来水的冷却性能也十分必要。30自来水的冷却性能见表4。最大冷速所在温度在不同的文献中相差较大，大约在530630之间，作者认为，应在55020。表430自来水冷却性能最大冷却速度.s122020最大冷速所在温度55020300时的冷却速度.s11003从850冷却到下列温度的时间s60040020061721033.3冷却性能的评价3.3.1 冷却速度评价法目前国外大多数人用冷却速度来评价淬火介质，它的要点是当某一介质的冷却速度（最大冷速，最大冷速的温度，300的冷却速度）低于水或高于油则该介质的冷却能力就低于水或高于油。最大冷速的温度越高，工件冷却易于躲开TTT曲线的鼻子而进入马氏体转变。最大冷速越大，表明在沸腾阶段介质从探头表面脱去热量就越多。到达300时冷却速度是评价介质低温区冷却性能的主要依据。在300的冷速超过50s时，原则上认为该水基淬火液不宜用来代替油淬，因为这样易于引起过大的畸变甚至开裂。淬火油在300的冷速大致在(630)s。3.3.2数值评价方法（1）Segerberg方法1Segerberg的计算公式如下：HP91.51.347Tvp10.88CR3.85Tcp（1）式中HP淬火油的淬硬能力；Tvp特性温度，；CR在500600之间的平均冷却速度，s；Tcp对流阶段开始温度，。（2）二次方度每秒法（参阅5.2）该方法是作者基于下列一个假定提出的，即最大冷速和其所在温度的乘积与该介质的冷却能力（CP）成正比，计算公式如下：CP0.011最大冷速最大冷速所在温度（2） 公式（2）适用有机淬火液和淬火油，按此公式计算的几个实例见表5，参阅表7、8、10。表5几种介质的CP值淬火介质最大冷速.s1最大冷速所在温度CP值ISO参照油（40）50510280.5N32油（40）60530349.8快速油（30）95620647.92普通淬火油（30）70550423.5215PAG（30）120670884.4320PAG（40）94620641.1415聚丙烯酸钠（30）58550350.934SHT0220的判读和评价按照SHT0220的规定，对淬火油的评价有两个指标，特性温度（）和800冷却到400的时间。事实上，对快速油和超速油来说，800冷却到300的时间非常重要。而对评价水基淬火液来说，还应以400冷却到150的冷却时间或平均速度来评价5。4.1N32油和水的冷却数据按照SHT0220测定的N32油和水的冷却性能数据，见表6。表6N32油和自来水冷却性能淬火介质特性温度特温s800400冷却时间s800300冷却时间s400150冷却时间s(N32油)/(（80）)510105.20.25.50.3121(自来水)/(（30）)540100.90.11.00.11.00.50.40.14.2按照SHT0220评价的要点4.2.1淬火油的评价参见SH056493热处理油的技术指标。4.2.2 有机淬火剂在水基淬火剂中，有机淬火剂是以水代油的主体。关于有机淬火剂的评价国内没有统一的方法。在选择有机淬火剂代替油淬时，为了防止过大的畸变和开裂，对有机淬火剂的冷却性能应有一个要求。如3.3.1所述，ISO9950是以300冷却速度来判定，但按SHT0220以300冷速来判定恐怕不能反映真实情况，作者同意日本村上义春的意见5，用400150的平均冷速评价比较合理。作者在文献6提出一个评价标准：SHT0220测定的400150平均冷速120s相当于ISO9950在300时的冷却速度50s，而平均速度 35s则相当于300时冷速20s。作者提出的这个标准可能比较保守，仅供参考。4.2.3冷却能力的数值表示方法作者在文献7中，按照SHT0220方法提出了评价淬火油和有机淬火剂冷却能力的数值方法。该方法包括两个公式，分别计算淬火油和有机淬火剂的冷却能力CP 值，此方法与3.3.2（2）和5.2方法有一定的一致性，可互相参照。淬火油CP值计算公式如下：CP3000.9Tvp9CR3Tcp（3）式中CP淬火油冷却能力Tvp特性温度，CR800400的平均冷速，sTcp冷却速度为20s时的温度（即用一条冷速为20s的直线与曲线下部相切处的温度），对有机淬火剂计算公式如下：CP3000.9Tvp9CR40t（4）式中CP有机淬火剂的冷却能力Tvp特性温度，CR800400的平均冷速，st400150的冷却时间，s按此求出的CP值可对照表7来确定代油的可行性（参阅表5、8、10）。有机淬火剂和淬火油CP值的例子见表8。表7按CP值划分的淬火油7淬火介质N32普通淬火油快速淬火油超速淬火油CP值400以下400600600100010001500表8有机淬火剂和淬火油的CP值7淬火介质N32油普通淬火油快速淬火油超速淬火油淬火剂A()淬火剂B()20252540CP值342.6468.98881119.91080997.81324.88195JBT7951的判读和评价按照JBT7591的规定，淬火介质冷却性能的参数共有7个，它们是特性温度和特温秒，最高冷却速度及其位置和冷却时间（800400，800300，300100）5.1N32油和水的冷却数据N32油和水的冷却性能数据见表9.表9N32油和水的冷却性能（JBT7951）淬火介质特性温度特温s最高冷速.s1最高冷速所在温度冷却时间s800400800300300100N32油（80）5367.61594748.716.3水（20）5931.59082591.92.02.05.2二次方度每秒法（参阅3.3.2）JBT695593热处理常用淬火介质技术要求的附录A中，按原GB9449测定了常用淬火介质冷却性能，给出了它们最大冷速及其所在温度，作者采用3.3.2的二次方度每秒法，提出计算淬火油和有机淬火剂CP值的公式如下：CP0.00455最大冷速最大冷速所在温度（5）JBT6955附录A中的有机淬火剂和淬火油按式（5）计算的CP值见表10，并参阅表5、7、8。关于有机淬火剂在低温区引起开裂倾向，在JBT6955的附录A中没有规定，作者对该附录中给出的300200的平均冷速研究之后认为，300200的平均冷却速度在250s以下基本上可不产生开裂，其数据见表10。表10有机淬火剂和淬火油CP值（JBT7951）淬火介质浓度()最大冷速.s1最大冷速所在温度CP值300200平均冷速.s1聚乙烯醇水溶液0.10.30.50.83323232812677423993602981120.9586.4460.3362.0632266273205CL-1聚醚水溶液102040351346360517474344825.7746.2563.5391245208903聚醚水溶液5102040399419374210389364293283706.2679.0498.6270.4252225184PAS-1聚丙烯酸钠水溶液36912314314324259437437296180765.9624.3436.4212.1423342108N15机械油416175331