淬火介质冷却性能的评定

三、淬火介质冷却性能的评定

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(H值法)、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ISO 9950标准，测试项目有:最大冷速(V_max);最大冷速温度(T_vmax); 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:特性温度;特温时间;最大冷速;最大冷速温度; 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布情况，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。基于这一点，大连海威石油化工有限公司生产的HWR－A(第三代)淬火介质冷却性能测定仪在测试项目的选择上，除涵盖了ISO 9950和SH/T 0220两个标准的全部检测项目外，还增加了对流温度和淬火烈度(H)两项内容，同时附设了任意温度冷速查询功能，不仅极大地方便了用户，也为全面推行ISO 9950标准作好了准备。

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。公式为

一般取　　　　

式中: h_平均为平均换热系数; V为探头体积; F为探头表面积;ρ和C_ρ分别为探头材料密度和比定压热容; t_C为探头内平均温度; t_Q为介质温度。

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∶1的换算关系，应用时必须注意。

有关淬火介质冷却性能评定时采用的探头，国际学术界现在仍存在较大分歧，分歧的焦点在于探头的结构及其材质。现在国内采用的探头基本上有两种。

一是φ10mm×30mm圆柱形中心偶银探头，标准号SH/T 0220。这种探头实际上是综合了法国A·T·T·T—S·F·M联合委员会淬火液小组推荐的φ16×48圆柱形中心偶银探头和日本阪大表面偶银探头的不同特点而研制出来的。其优点是抗热氧化性能好，灵敏度高，反应速度快，但测试的重复性和再现性相对略低。

二是φ12.5mm×60mm圆柱形中心偶镍合金，即ISO 9950标准规定的Inconel 600探头。其优点是测试的重复性和再现性较好，但热导率较低，灵敏度差，在测定冷速极强(如水、淬火用盐及低浓度合成淬火液)等淬火介质冷却性能时，是不适宜的。

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材料。

为了解决这一问题，大连海威石油化工有限公司和大连理工大学材料工程系联合进行了“淬火介质冷却性能数据库系统”的研究开发。其指导思想和方法是:利用SH/T 0220标准规定的测试方法，对各种不同的淬火介质冷速进行测定;采用不同钢材制作标准(φ50mm×100mm)实物探头，在不同冷速的淬火介质中进行淬火实验，通过对实物探头的冷却效果检测(硬度、硬度梯度、金相组织等)，计算出该种淬火介质对不同钢材的换热系数和淬火烈度(H)值，并据此建立了可扩充的数据库，以便在选择淬火介质时提供可利用电脑模拟的、直观的依据。