冷却特性曲线Word格式.docx

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3、并确定淬火介质冷却特性曲线的公道应用场合和公道应用限度。

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。

为了获得更清楚的图像，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。

比如净水、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。

图250℃基础油的试验和观测结果对照图

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四周冷却情况的摄像资料。

下面以净水、基础油和快速淬火油作为代表，先容本文的试验结果。

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℃净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350℃快速淬火油的试验和观测结果对照图

图460℃净水的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的冷却情况之间的关系

稍加留意就会发现：

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。

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进了沸腾冷却阶段。

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℃净水的特性温度点，探棒上同时存在着三种冷却阶段。

在出现最高冷却速度的时刻，三种介质中探棒上都同时存在三个冷却阶段；

但是不同介质中各阶段所占的比例却不相同。

对流开始温度上，在基础油和快速淬火油中也还存在三个冷却阶段。

净水中试验时，在对流开始点，探棒的中上段还处在沸腾冷却阶段；

说明同时存在两个冷却阶段。

c）对不同介质品种，比较了冷却特性曲线上的特性温度、出现最高冷却速度的温度，以及对流开始温度时，摄像图片上的冷却阶段数和各阶段所占的比例。

结果证实，不同介质之间没有找到共同之处。

d）所有这些结果都说明：

现行的淬火介质冷却特性曲线与摄像观测到的冷却阶段之间，没有简单的对应关系。

因此，不能从淬火介质的冷却特性曲线往划分探棒所处的冷却阶段。

2、淬火介质的冷却特性曲线是如何形成的

凭淬火介质中冷却的三阶段理论（如图1所示的划分法），以及有效厚度就能决定冷却进程的熟悉，无法解释图1所示冷却特性曲线的形成原因。

比如，按图1所示的阶段划分，一冷到所谓的特性温度点，整个探棒就会进进沸腾冷却阶段。

由于当时探棒的温度很高，相应的冷却速度曲线上应当出现整个冷却过程的最高冷却速度值。

但图线中最高冷却速度值都出现在更低的温度上。

事实上，这里涉及到两个题目：

一是丈量温度的热电偶热端位于探棒的几何中心。

它所测出的是内部点的温度变化。

二是决定探棒某点冷却特性的因素，除了探棒本身的传热学特性外，冷却介质在不同温度的散热机理（阶段）又起着非常重要的作用。

最新提出的“液态淬火介质中冷却的四阶段理论”则轻易解释这一题目。

四阶段理论以为，在液态淬火介质中冷却的机理，可按工件温度高低划分成：

蒸汽膜阶段、中间阶段、沸腾阶段和对流阶段。

中间阶段有其特定的成因和独占的特性[3]。

具体内容请查看原文。

这里只分析内部点的温度变化，用以说明图2～4对应的观测结果上经常存在2，3个冷却阶段的原因。

淬火冷却过程中，内部某点P的温度降低是通过向更外部分散热来实现的，如图5所示。

产生这种散热的终极原因是液体介质对工件表面的冷却作用。

远近不同的表面部分被冷却，再通过热传导使P点冷却下来。

不管参与冷却的表面处于蒸汽膜阶段、沸腾阶段、还是对流阶段，离P点越近，其降温情况对P点产生影响就越早；

离P点越远，其降温情况对P点产生影响就越迟。

因此，任何时刻P点实际的冷却情况是在该时刻之前一定时间范围内，远近不同的表面所受冷却情况的综合影响的结果。

内部点的冷却特性曲线，表述的就是这种影响随时间的变化和随P点温度的变化情况。

通常用来描述淬火介质冷却特性的图线，也正是这类曲线。

它们既不是工件（探棒）表面的冷却过程曲线，也不是工件（探棒）表面获得的冷却速度随表面温度变化的曲线。

用这样的曲线来划分液态淬火介质中冷却的三阶段，无疑是不恰当的。

图5冷却过程中，内部点向其更外部分散热的方向

四、冷却特性曲线和实际工件的冷却情况的关系

淬火介质的冷却特性大多采用热电偶法来丈量。

因所用探棒的材质、外形大小和热电偶位置不同，又形成了不同的丈量标准。

标准不同，测得的冷却特性曲线也不同。

出于对英寸和厘米，华氏和摄氏等换算关系的习惯，人们曾试图建立不同标准测出的冷却特性之间的换算关系。

但是，这方面的努力都以失败告终。

至今，热处理行业不得不面对这样一个事实：

同一种淬火介质，用不同标准检测所得的冷却特性曲线之间，没有固定关系的可比性。

在此，“没有可比性”指的是不同标准检测的冷却特性之间没有能通用的，即有规律的换算关系。

为什么没有可比性？

关于这一题目，将在后续的文章中用四阶段理论来加以解释。

在此，只想借用这一事实来帮助我们分析本节提出的题目。

以上述“不同标准检测出的冷却特性曲线之间没有可比性”这一事实为依据，假如把实际工件看成是具有不同材质、外形大小和热电偶位置的另一种探棒；

那么，在一种淬火介质中淬火的工件所获得的冷却特性，与采用某种标准的冷却特性仪检测出来的同一介质的冷却特性之间也同样没有可比性。

换句话说说，淬火介质的冷却特性曲线不能用来（正确）推算实际工件的冷却过程。

再进一步，依据同样的推理，又可以得出下一个结论：

所有标准方法检测出的冷却特性曲线与实际工件的冷却特性之间都没有可比性。

最后，依据同样的道理，还可以得出这样的结论：

在同一淬火介质中冷却时，不同外形大小和材质的工件的冷却特性之间，也没有可比性。

五、淬火介质冷却特性曲线的公道用途

前面的讨论已经说明，固然淬火介质的冷却特性曲线对热处理工作者很有帮助，但它们的作用也不宜扩大化。

简单说，淬火介质的冷却特性曲线的公道应用范围可以回纳成以下几方面：

1、检测淬火介质产品的冷却特性。

对比不同产品在冷却特性上的差异。

既可定性，也可定量。

主要适于淬火介质的研究开发、产品的检验、选择等场合。

2、了解使用中淬火介质冷却特性的稳定性和变化程度。

主要适于热处理生产单位的质量治理，以及分析解决工件热处理技术和质量题目等场合。

3、定性猜测不同工件的淬火硬度高低和淬硬层深度的大小。

主要用于为不同工件选择淬火介质，以及先容不同淬火介质的适于范围等场合。

参考文献

[1]ASM，HandbookTM,Vol.4HeatTreating[M],SAMInternational,1991：

69

[2]G.E.Totten,C.E.Bates,etal.HandbookofQuenchantsandQuenchingTechnology[M].SAMInternational,1993：

70

[3]张克俭，王水，郝学志，液态淬火介质中冷却的四阶段理论[J]，热处理技术与装备，2006,6:

14-25.（end）