淬火介质冷却曲线的判读和评价

1、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GB 9449淬火介质冷却性能试验方法（1995年调整为行业标准JB /T 7951 ）和SH/T 0220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。JB/T 7951来自法国淬火液体小组 A*T*T*T*S*F*M 联合委

2、员会在1982年提出的淬火油烈度-银探头试验方法。SH /T 0220来自日本工业标准热处理油（JIS K 2242 80）。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12.5mnK 60mmlncone1600 镍基合金，JB和SH为银。JB为 6mnX 48mm，SH为10mnX 30mm。ISO是铠装热电偶，外径 1 .凸們而JB、SH为T'l的偶丝。2 判读方法的概述冷却曲线判

3、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岀定性的评价。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

4、被认为是工件（小中尺寸）心部或接近心部的冷却曲线。3 ISO 9950的判读和评价按照ISO 9950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1 ISO冷却时间和冷却速度的要求冷却时间/s冷却速度/'C s1850 600 C （精确到 0.5s ）850 400 C （精确到 0.5s ）850 200 C （精确到 0.5s ）最大冷却速度（精确到 0.5 C s1） 最大冷速所在温度（精确到0.5 C.s- 1）_ 1300 C的冷速（精确到 0.5 C s

5、 ）表2 ISO参照油及相近油的指标名称ISO参照油100SNN22N32150SN40 C的运动21 +219 +122 +2.228.8 +3.230 +2粘度/ mm2s1粘度指数100+5> 98> 98闪点/C200+10（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 Co3.1 参照油的要求ISO 9950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IS

6、O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/C s150 ±360+3最大冷速所在温度/C510+20530 +20-1300 C时的冷速/C 's7+17+1从850 C冷却到下列温度的时间/ s600 C13 +112+1400 C20 +116+1200 C52.5 +.545+33.2自来水的冷却性能在ISO 9950中没

7、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 C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 C之间，作者认为，应在550 C +20 Co表430 C自来水冷却性能最大冷却速度/C s'220 +20最大冷速所在温度/C550+20-1300 C时的冷却速度/Cs100+3从850 C冷却到下列温度的时间/ s600 C6+1400 C7+2200 C10+33.3 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

8、介质的冷却速度（最大冷速，最大冷速的温度，300 'C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 C时冷却速度是评价介质低温区冷却性能的主要依据。在300 C的冷速超过50C/s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 C的冷速大致在（630） C/s。3.3.2 数值评价方法（1）Segerberg 方法1Segerberg的计算公式如下：HP = 91.5 + 1.347

9、Tvp + 10.88CR 3.85Tcp（1 ）式中HP 淬火油的淬硬能力；Tvp 特性温度，C；CR 在500600 C之间的平均冷却速度，C/s;Tcp 对流阶段开始温度，C。（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：CP = 0.011漫大冷速X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/c . 1c s最大冷速所 在温度/CCP值ISO参照油（40 C）50510280.5N32

10、 油(40 C)60530349.8快速油（30 C）95620647.9 c2普通淬火油（30 C）70550423.5 215 % PAG (30 C)120670884.4 320 % PAG (40 C)94620641.1 4 15%聚丙烯酸钠（30 C）58550350.9 ：34 SH/ T 0220的判读和评价按照SH /T 0220的规定，对淬火油的评价有两个指标，特性温度（C）和 800 C冷却到400 C的时间。事实上，对快速油和超速油来说，800 'C冷却到300 C的时间非常重要。而对评价水基淬火液来说，还应以400 C冷却到150 C的冷却时间或平均速度来评

11、价5。4.1 N32油和水的冷却数据按照SH /T 0220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特性特温800 400 C800300 C400150 C介质温度/Cs冷却时间/s冷却时间/s冷却时间/s(N32 油)/( (80 C)510±105.2 ±.25.5 ±.312±1(自来水)/( (30 C)540 ±100.9 ±.11.0 ±.11.0 ±).50.4 ±.14.2 按照SH / T 0220评价的要点4.2.1 淬火油的评价参见SH 0564

12、93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，ISO 9950是以300 C冷却速度来判定，但按 SH/T 0220以300 C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40X150 C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：SH/T 0220测定的40X150 C平均冷速120 C/s相当于ISO 9950在300 C时的冷却速度50 C/S,而平均速度 35 C/

13、s则相当于300 C时冷速20 C/S。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SH/T 0220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：CP = 300 + 0.9Tvp + 9CR 3Tcp(3)式中 CP 淬火油冷却能力Tvp 特性温度，CCR 80X400 C的平均冷速，C/ sTcp 冷却速度为20 C/s时的温度(即用一条冷速为20 C/s的直线与曲线下部相切

14、处的温度)，C对有机淬火剂计算公式如下：CP = 300 + 0.9Tvp + 9CR - 40t(4) 式中 CP有机淬火剂的冷却能力Tvp 特性温度，CCR 80X400 C的平均冷速,C/ st 40X150 C的冷却时间，s按此求岀的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400 600600 10001000 1500表8 有机淬火剂和淬火油的 CP值7淬火N32油普通快速超速淬火剂A（ %）淬火剂B（ %）介质淬火油淬火油淬火油202

15、52540CP值342.6468.98881119.91080997.81324.88195 JB / T7951的判读和评价按照JB /T7591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（80X400 C，80X300 C，30X100 C）5.1 N32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（JB/T7951 ）淬火介质特性温度/C特温/s最咼 冷速/ c . 1c s最咼冷速所在 温度/C冷却时间/s800400 C800300 C300100 CN32 油（80 C）5367.61594748.

16、716.3水（20 C）5931.59082591.92.02.05.2二次方度每秒法（参阅 3.3.2 ）JB/T 6955 93热处理常用淬火介质技术要求的附录 A中，按原GB 9449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：CP = 0.00455 X最大冷速X最大冷速所在温度（5）JB/ T 6955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JB/T 6955 的附录A中没有规定，作者对该附录中给出的30X

17、200 C的平均冷速研究之后认为，30X200 C的平均冷却速度在 250 C/ s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(JB /T 7951 )淬火介质浓度(%)最大冷速/厂.Tc s最大冷速所 在温度/'CCP值300t 200 C平均冷速/C”聚乙烯醇水溶液096320.3323399586.42660.5281360460.32730.8267298362.0205CL-1聚醚水溶液10351517825.739120346474746.224540360344563.5208903聚醚水溶液5399389706.225210419364679.022520374293498.618440210283270.4PAS-1聚丙烯酸钠水溶液3314437765.94236314437624.33429324296436.41