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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 GB9449淬火介质冷却性能试验方法（1995 年调整为行业标准 JBT7951）和 SHT 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。JBT 7951来自法国淬火液体小组 A*T*T*T*S*F*M 联
2、合委员会在 1982 年提出的淬火油烈度-银探头试验方法。SH T0220 来自日本工业标准热处理油（JISK 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 12.5mm60mmIncone1600 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。
3、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
4、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。3ISO 9950 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
5、）表 2ISO 参照油及相近油的指标名称 ISO 100SN N22 N32 150SN参照油40的运动粘度mm 2.s1212 191 222.2 28.83.2 302粘度指数 1005 98 98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 ISO 参照油，其次是 N22 机械油，不过 N22 不
6、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
7、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 .s1 22020最大冷速所在温度 55020300 时的冷却速度 .s1 1003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 T
8、TT 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1 Segerberg 的计算公式如下：HP 91.51.347Tvp 10.88CR3.85Tcp（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（
9、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） 50 510 280.5N32 油（ 40） 60 530 349.8快速油（30） 95 620 647.92普通淬火油（30） 70 550 423.5215PAG（30） 120 670 884.4320PAG（40） 94
10、 620 641.1415聚丙烯酸钠（30） 58 550 350.93 4SHT0220 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）)
11、 51010 5.20.2 5.50.3 121 (自来水)/(（30）) 54010 0.90.1 1.00.1 1.00.5 0.40.14.2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，ISO 9950 是以 300冷却速度来判定，但按 SHT 0220 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
12、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 SHT 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 3000.9Tvp
13、9CR 3Tcp（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：CP 3000.9Tvp9CR 40t（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 400
14、600 600 1000 10001500表 8有机淬火剂和淬火油的 CP 值7 淬火剂 A() 淬火剂 B()淬火介质N32 油 普通淬火油快速淬火油超速淬火油 20 25 25 40CP 值 342.6 468.9 888 1119.9 1080 997.8 1324.8 8195JBT7951 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）冷却时
15、间s淬火介质 特性温度特温s最高冷速 .s1最高冷速所在温度800400800300300100N32 油（ 80） 536 7.6 159 474 8.7 16.3 水（20） 593 1.5 908 259 1.9 2.0 2.05.2二次方度每秒法（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：CP 0.00455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
