淬火介质冷却曲线的判读和评价

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①都是热电偶测试探头，而且都在探头几何中心。②都是K型热电偶。③探头形状都是圆柱形。

这3种探头的不同点是①ISO为12.5mm×60m mIncone1600镍基合金，JB和SH为银。②JB为

16mm×48mm，SH为10mm×30mm。③ISO是铠装热电偶，外径 1.5mm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

表2 ISO

注：开口闪点比闭口闪点约高20～30℃。

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，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

3.2

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。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530～630℃之间，作者认为，应在550℃±20℃。 表4 30℃自来水冷却性能

3.3 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①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。②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。③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。④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50℃／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℃的冷速大致在(6～30)℃／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 ＋10.88CR －3.85Tcp （1）

式中 HP ——淬火油的淬硬能力； Tvp ——特性温度，℃；

CR ——在500～600℃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（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

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（℃）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］。

4.1 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6 N32油和自来水冷却性能

4.2 按照SH／T 0220评价的要点

4.2.1 淬火油的评价参见SH 0564—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℃冷却速度来判定，但按SH／T 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［5］，用400→150℃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400→150℃平均冷速120℃／s相当于ISO 9950在300℃时的冷却速度50℃／s，而平均速度35℃／s则相当于300℃时冷速20℃／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，℃