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评定淬火介质冷却性能的常见方法

近二十年来,淬火介质冷却特性曲线的应用给热处理行业带来了不小的技术进步。现在,淬火介质的开发研究,介质的比较和选择,热处理生产中的产品质量控制,甚至分析和解决生产中碰到的热处理质量和技术题目,都已离不开淬火介质的冷却特性曲线了。但实际上,运用冷却曲线分析冷却特性,只是淬火介质冷却性能分析的方法之一。     
    淬火介质冷却性能的评定,先后出现过热丝法、5秒钟法、端淬法、热膨胀法、磁性法、格罗斯曼( Grossman)法、冷却曲线法等,而目前应用最广泛的则是冷却曲线法。尽管冷却曲线法也存在一定的局限性,但相对比较直观,与实际淬火之间的关联性也较强,能够完整描述探头在淬火时的冷却过程,且操作简便,精度高。 
    冷却曲线法的测试原理是:将测试探头置于可控温的加热炉内加热到规定温度,再迅速将其投入待测介质中,数据采集系统实时记录冷却过程数据,经A/D转换后,由计算机对所得数据进行处理、运算,并输出到打印机,打印出完整的冷却过程曲线和冷却速度曲线以及数据报表。为了保证测试精度,常在数据处理和计算过 程中增加多重杂波过滤及非正常数据修正系统以消除干扰。 
    不同厂家生产的冷却性能测定仪依据的标准不同,因而测试项目也不同。如瑞士产IVF(包括国产仿制的同类型)冷速仪依据IS0 9950标准,测试项目有:最大冷速(Vmax);最大冷速温度(Tvmax);300℃冷速(V300);850→600℃时间 (t600);850→400℃时间(t400);850→200℃时间(t200)共6项。 
    而国内生产的其他冷速仪则依据SH/0220或JB/T 7951标准,测试项目包括:性温度、温时间、大冷速、大冷速温度、800→400℃时间;800→300℃时间共6项,有的还加进了对流起始温度。 
    在这些项目中,共同的有最大冷速、最大冷速温度和800→400℃时间三项,其余则是各有侧重。然而,从全面评价淬火介质冷却特性的要求出发,应该说这些指标都是不可偏废的。如测定特性温度和对流起始温度,可以直观地了解淬火冷却三个阶段的温度分度情况,而300℃冷速则描述了大多数钢材在马氏体转变区的冷却能力。 
    毫无疑问,检测的目地是为用户提供尽可能全面的技术指标,使用户对该产品有更多的了解。我们知道,利用仪器测定的淬火介质冷却速度并不直接相等于该介质的淬火硬化能力。为了评价淬火介质的淬火硬化能力,引入淬火烈度(平均换热系数)的概念是必要的。 
    淬火烈度(H值)的方法是由格罗斯曼等人于1939年提出来的,至今在淬火冷却技术和端淬技术领域仍被广泛采用。其方法是:将选定的探头在18℃静止水中冷却的平均换热系数视为1,再根据相同探头在淬火介质中冷却时的冷却曲线计算出相对的平均换热系数曲线。需要指出,格罗斯曼法换热系数的计算单位是英制in,而日本计算换热系数时以cm为单位,二者之间存在2.54:l的换算关系,应用时必须注意。 
    学术界认为,这两种探头存在各自不同的缺点。如:由于材质差异较大,银探头的测试结果与工业用钢的实际情况有明显不同,很难直接判断对钢材的淬火效 果:Inconel 600探头虽然与工业用钢比较接近,但其热导率较低,同样不能真实反映工业用钢的淬火效果。 
    现在的问题是,能否找到一种方法,通过对淬火介质冷却性能的测定,就可以定性甚至定量地判断其对工业用钢的淬火效果。 
    很显然,只有采用实物探头进行冷却性能测试,才可以解决这一问题。但是,这在淬火介质冷却性能测试实践中是不可能的。这是因为,制造探头的材料必须具备的一个基本特点是:在反复加热和冷却的过程中不产生相变以避免相变热对淬火介质冷速造成干扰,因而绝大多数工业用钢都不适于用来制作反复使用的测试探头。直到目前,仍没有找到一种理想的制作探头的料。

本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书

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