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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 7 951）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联合委员
2、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 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12.5mmx60mmIncone1600镍基合金，JB和SH为银。JB为 6mmx48mm, SH为10mmx30mm。ISO是铠装热电偶，外径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
3、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
4、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-s-1850600C（精确到 0.5s）最大冷却速度（精确到0.5C-S-1）850400C（精确到 0.5s）最大冷速所在温度（精确到0.5C-S-1）850200C（精确到 0.5s）300C的冷速（精确到0.5C-S-1）表2 ISO参照油及相近油的指标名称ISO参
5、照油100SNN22N32150SN40 C的运动212191222.228.83.2302粘度 / mm2-s-1粘度指数10059898闪点/20010185170170200C（闭口）（开口）（开口）（开口）（开口）注：开口闪点比闭口闪点约高2030C。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
6、，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-s-1503603最大冷速所在温度/C5102053020300C时的冷速/ C-s-17171从850C冷却到下列温度的时间/ s600 C131121400 C201161200 C52.52.54533.2 自来水的冷却性能在 ISO 9950 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。30C自来水的冷却性能见表4。最大冷速所在温
7、 度在不同的文献中相差较大，大约在530630C之间，作者认为，应在550C20Co表4 30C自来水冷却性能最大冷却速度/ C-s-122020最大冷速所在温度/C55020300C时的冷却速度/ C-s-11003从850C冷却到下列温度的时间/ s600 C61400 C72200 C1033.3 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，300C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
8、大，表明在沸腾阶段介质从探头表面脱去热量就越多。到达300C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300C的冷速大致在（630）C/s。3.3.2 数值评价方法（ 1 ） Segerberg 方法1 Segerberg 的计算公式如下：HP = 91.5 + 1.347Tvp + 10.88CR3.85Tcp（1）式中HP淬火油的淬硬能力；Tvp特性温度，C；CR在500600C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
9、 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 = 0.011x最大冷速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、1 0。表5 几种介质 的CP值淬火介质最大冷速/oC-s1最大冷速所 在温度/CCP值ISO参照油（40C）50510280.5N32 油 (40C)60530349.8快速油（30 C）95620647.9 2普通淬火油（30C）70550423.5 215%PAG (30C)120670884.4 向20 % PAG (40 C)94
10、620641.1 415%聚丙烯酸钠（30C）58550350.9 向4 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800C冷却到400C的时间。事实上，对快速油和超速油来说，800C冷却到300C的时间非常重要。而对评价水基淬火液来说，还 应以400C冷却到150C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SH/T 0220测定的N32油和水的冷却性能数据，见表6。表6 N32油和自来水冷却性能淬火特性特温800400 C800300C400150C介质温度/Cs冷却时间/s冷却时间/s冷却时间/s(N32
11、 油)/( (80C)510105.20.25.50.3121（自来水）/（30C）540100.90.11.00.11.00.50.40.14.2 按照 SH/ T 0220 评价的要点4.2.1淬火油的评价参见SH 056493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300C冷却速度来判定，但按SH / T 0220以300C冷速来判 定恐怕不能反映真实情况，作者同意日本村
12、上义春的意见5，用400-150C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400150C平均冷速120C/s相当于ISO 9950在300 C时的冷却速度50C/s，而平均速度35C/ s则相当于300 C时冷速20C/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：C
13、P = 300 + 0.9Tvp+9CR3Tcp（3）式中 CP淬火油冷却能力Tvp特性温度，。CCR800f400C的平均冷速，C/sTcp冷却速度为20C/s时的温度（即用一条冷速为20C/ s的直线与曲线下部相切处的温度），C对有机淬火剂计算公式如下：CP = 300 + 0.9Tvp+9CR40t式中CP有机淬火剂的冷却能力Tvp特性温度，。CCR800400C的平均冷速，C/st400150 C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
14、CP值400以下400600600100010001500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20252540CP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（800400C，800300C，300100C）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9 N32油和水的冷却性能（JB/T7951）淬火介质特性 温度/C特温/s最高冷速/CST最高 冷速 所在 温度/C冷却时间/s800400 C800300 C300100 CN32 油（80 C）5367.61594748.716.3水（
