淬火介质的冷却特性曲线究竟说明了什么.doc

淬火介质的冷却特性曲线究竟说明了什么 一、淬火介质冷却特性曲线的应用情况与存在的疑问 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遇到的热处理质量和技术问题，都已离不开淬火介质的冷却特性曲线了。但是，这些冷却特性曲线究竟能告诉我们些什么？对这个问题，行业内已经有了基本一致的答案。极具权威性的美国金属手册上,以及行业内知名专家G.E.Totten的专著上提供的解释很具代表性，如图1所示。图中阶段A通称冷却的蒸汽膜阶段（也称膜沸腾阶段），阶段B通称沸腾阶段（也称泡沸腾阶段），阶段C称为对流阶段。在蒸汽膜阶段，整个试块被蒸汽膜包围着。在沸腾冷却阶段，整个试块表面都在发生沸腾。而到了对流冷却阶段，则通过对流传热使试块冷却。图中任一曲线上的点，都可以通过时间或者温度坐标找到另一曲线上的对应点。其它的书刊资料上，液态淬火介质的冷却特性曲线，不管采用什么样的检测标准，都按图1所示的方式划分冷却的阶段和解释各阶段的冷却机理。 在淬火介质的研究和评价中，通常用图1所示的两种曲线来表示和比较介质的冷却特性。从冷却速度曲线上，指出淬火介质的特性温度、出现最高冷却速度的温度和最高冷却速度值，以及对流开始温度。从冷却过程曲线上，通常指出从800℃冷却到400℃（或者300℃）所需的时间。有人还把冷却速度曲线上各温度对应的冷却速度值，作为实际生产中工件在相同温度下获得的冷却速度值来加以利用。 众所周知，在同样冷却条件下小工件冷得快，而大工件冷得慢。根据这一常理，人们会理所当然地把它与淬火介质的冷却速度曲线联系起来。由此产生这样的认识：在相同冷却条件下，工件上具有相同有效厚度的部分，都应当获得相同的冷却进程和冷却效果；并且，都可以在淬火介质的冷却特性曲线上找到它们的温度、冷却速度和冷却时间的对应关系。 考虑到测温的热电偶热端在探棒的几何中心，以及探棒形状因素的影响，对上述认识和做法的准确性，我们一直持有一些怀疑。为了澄清这方面的诸多疑团，在完成“液态淬火介质中冷却的四阶段理论”的研究后，通过试验和观测，研究了本课题。研究的目的有三个： 1、审查现行认识和用途的合理性。2、如果有问题，就找出产生问题的原因。3、并确定淬火介质冷却特性曲线的合理应用场合和合理应用限度。 图1 液态介质中淬火冷却的阶段划分和各阶段的散热机理 二、试验方法和试验结果 1、试验方法和仪器 在检测淬火介质的冷却特性的过程中，用摄像机同步观测记录探棒表面发生的现象。为了获得更清晰的图像，采用的是无色或者颜色很浅，而且透明性很好的淬火介质品种。比如清水、盐水、精炼程度很高的基础油、快速淬火油和PAG淬火液等介质。 检测淬火介质冷却特性用的是ivf仪。摄像用的是松下NV－GS11型摄像机。采用1/100秒的快门速度，每秒拍摄25张图片。 试验中通常采用850℃的加热温度。水性介质的液温在10℃～70℃内选取；油性介质的液温在30℃～100℃内选取。 2、试验结果 试验获得了通常所见的淬火介质的冷却特性曲线，又获得了探棒冷却过程中表面附近冷却情况的摄像资料。下面以清水、基础油和快速淬火油作为代表，介绍本文的试验结果。其中，把冷却速度曲线上一些选定点对应的摄像观测结果以示意图形式画在同一张图上。 基础油的冷却特性曲线与多个选定点的冷却状况如示如图2。快速淬火油的冷却特性曲线与多个选定点的冷却状况如图3所示。60℃清水的冷却特性曲线与多个选定点的冷却状况如图4所示。 ?图2 50℃基础油的试验和观测结果对照图 图3 50℃快速淬火油试验和观测结果对照图 三、试验结果分析 1、冷却特性曲线与冷却介质散热阶段的关系 研究分析的重点放在三方面：一是介质的冷却特性曲线与摄像观测到的冷却情况之间的关系。二是不同淬火介质的冷却特性和摄像结果之间的共性规律。三是冷却特性曲线与工件实际冷却情况之间的关系. 稍加注意就会发现：冷却特性曲线上选定点所处的冷却阶段，和同一时刻探棒上实际发生的冷却阶段大不相同。主要表现在： a）除了蒸汽膜阶段之初，如图2中第1点以外，在所有其它的选定点上，实际发生的冷却状况都与介质冷却特性曲线上所指的阶段构成不同。 图4 60℃清水试验和观测结果对照图 b）在介质的冷却特性曲线上，除冷却阶段的分界点外，一定的探棒温度，都对应着一种单一的冷却阶段。但是，摄像结果表明，在大部分冷却过程中，探棒上不同部位都存在二、三个冷却阶段。比如，即便在特别令人关注的特性温度点上，在基础油中试验时，探棒的上下两端都早已进入了沸腾冷却阶段。这说明当时探棒表明同时存在两个冷却阶段。在快速淬火油和60℃清水的特性温度点，探棒上同时存在着三种冷却阶段。在出现最高冷却