冷卻特性曲線.doc

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1、淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線究竟說明了什么摘要：在標(biāo)準(zhǔn)測試儀檢測淬火介質(zhì)冷卻特性的同時(shí)，用攝像機(jī)攝錄了探棒四周的狀況。對比發(fā)現(xiàn)，按測得的冷卻特性曲線的外形劃分的冷卻階段，與探棒表面實(shí)際發(fā)生的冷卻情況大不相同。說明了產(chǎn)生這種差異的原因。通過分析和推理，得出了結(jié)論：不能從淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線往劃分探棒所處的冷卻階段；憑測出的冷卻特性曲線不可能正確推算實(shí)際工件可能獲得的冷卻情況；淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線只宜用在介質(zhì)冷卻特性的相互對比中。關(guān)鍵詞：淬火介質(zhì)；冷卻特性曲線；冷卻特性檢測；冷卻過程計(jì)算；熱處理工藝一、淬火介質(zhì)冷卻特性曲線的應(yīng)用情況與存在的疑問近二十

2、年來，淬火介質(zhì)冷卻特性曲線的應(yīng)用給熱處理行業(yè)帶來了不小的技術(shù)進(jìn)步?，F(xiàn)在，淬火介質(zhì)的開發(fā)研究，介質(zhì)的比較和選擇，熱處理生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量控制，甚至分析和解決生產(chǎn)中碰到的熱處理質(zhì)量和技術(shù)題目，都已離不開淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線了。但是，這些冷卻特性曲線究竟能告訴我們些什么？對這個(gè)題目，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有了基本一致的答案。極具權(quán)威性的美國金屬手冊[1]上,以及行業(yè)內(nèi)著名專家G.E.Totten的專著[2]上提供的解釋很具代表性，如圖1所示。圖中階段A通稱冷卻的蒸汽膜階段（也稱膜沸騰階段），階段B通稱沸騰階段（也稱泡沸騰階段），階段C稱為對流階段。在蒸汽膜階段，

3、整個(gè)試塊被蒸汽膜包圍著。在沸騰冷卻階段，整個(gè)試塊表面都在發(fā)生沸騰。而到了對流冷卻階段，則通過對流傳熱使試塊冷卻。圖中任一曲線上的點(diǎn)，都可以通過期間或者溫度坐標(biāo)找到另一曲線上的對應(yīng)點(diǎn)。其它的書刊資料上，液態(tài)淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線，不管采用什么樣的檢測標(biāo)準(zhǔn)，都按圖1所示的方式劃分冷卻的階段和解釋各階段的冷卻機(jī)理。在淬火介質(zhì)的研究和評價(jià)中，通常用圖1所示的兩種曲線來表示和比較介質(zhì)的冷卻特性。從冷卻速度曲線上，指出淬火介質(zhì)的特性溫度、出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度和最高冷卻速度值，以及對流開始溫度。從冷卻過程曲線上，通常指出從800℃冷卻到400℃（或者300

4、℃）所需的時(shí)間。有人還把冷卻速度曲線上各溫度對應(yīng)的冷卻速度值，直接或間接作為實(shí)際生產(chǎn)中工件在相同溫度下獲得的冷卻速度值來加以利用。圖1液態(tài)介質(zhì)中淬火冷卻的階段劃分和各階段的散熱機(jī)理眾所周知，在同樣冷卻條件下小工件冷得快，而大工件冷得慢。根據(jù)這一常理，人們會(huì)理所當(dāng)然地把它與淬火介質(zhì)的冷卻速度曲線聯(lián)系起來。由此產(chǎn)生這樣的熟悉：在相同冷卻條件下，工件上具有相同有效厚度的部分，都應(yīng)當(dāng)獲得相同的冷卻進(jìn)程和冷卻效果；并且，都可以在淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線上找到它們的溫度、冷卻速度和冷卻時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系?？紤]到測溫的熱電偶熱端在探棒的幾何中心，以及探棒外形因素的

5、影響，對上述熟悉和做法的正確性，我們一直持有一些懷疑。為了澄清這方面的諸多疑團(tuán)，在完成“液態(tài)淬火介質(zhì)中冷卻的四階段理論”的研究后，通過試驗(yàn)和觀測，研究了本課題。研究的目的有三個(gè)：1、審查現(xiàn)行熟悉和用途的公道性。2、假如有題目，就找生產(chǎn)生題目的原因。3、并確定淬火介質(zhì)冷卻特性曲線的公道應(yīng)用場合和公道應(yīng)用限度。二、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果1、試驗(yàn)方法和儀器在檢測淬火介質(zhì)的冷卻特性的過程中，用攝像機(jī)同步觀測記錄探棒表面發(fā)生的現(xiàn)象。為了獲得更清楚的圖像，采用的是無色或者顏色很淺，而且透明性很好的淬火介質(zhì)品種。比如凈水、鹽水、精煉程度很高的基礎(chǔ)油、快速淬火油和

6、PAG淬火液等介質(zhì)。檢測淬火介質(zhì)冷卻特性用的是ivf儀。攝像用的是松下NV－GS11型攝像機(jī)。采用1/100秒的快門速度，每秒拍攝25張圖片。試驗(yàn)中通常采用850℃的加熱溫度。水性介質(zhì)的液溫在10℃～70℃內(nèi)選?。挥托越橘|(zhì)的液溫在30℃～100℃內(nèi)選取。圖250℃基礎(chǔ)油的試驗(yàn)和觀測結(jié)果對照圖2、試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)獲得了通常所見的淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線，又獲得了探棒冷卻過程中表面四周冷卻情況的攝像資料。下面以凈水、基礎(chǔ)油和快速淬火油作為代表，先容本文的試驗(yàn)結(jié)果。其中，把冷卻速度曲線上一些選定點(diǎn)對應(yīng)的攝像觀測結(jié)果以示意圖形式畫在同一張圖上。基礎(chǔ)油的冷卻特

7、性曲線與多個(gè)選定點(diǎn)的冷卻狀況如示如圖2?？焖俅慊鹩偷睦鋮s特性曲線與多個(gè)選定點(diǎn)的冷卻狀況如圖3所示。60℃凈水的冷卻特性曲線與多個(gè)選定點(diǎn)的冷卻狀況如圖4所示。圖350℃快速淬火油的試驗(yàn)和觀測結(jié)果對照圖圖460℃凈水的試驗(yàn)和觀測結(jié)果對照圖三、試驗(yàn)結(jié)果分析1、冷卻特性曲線與冷卻介質(zhì)散熱階段的關(guān)系研究分析的重點(diǎn)放在三方面：一是介質(zhì)的冷卻特性曲線與攝像觀測到的冷卻情況之間的關(guān)系。二是不同淬火介質(zhì)的冷卻特性和攝像結(jié)果之間的共性規(guī)律。三是冷卻特性曲線與工件實(shí)際的冷卻情況之間的關(guān)系稍加留意就會(huì)發(fā)現(xiàn)：冷卻特性曲線上選定點(diǎn)所處的冷卻階段，和同一時(shí)刻探棒上實(shí)際發(fā)生的

8、冷卻階段大不相同。主要表現(xiàn)在：a）除了蒸汽膜階段之初，如圖2中第1點(diǎn)以外，在所有其它的選定點(diǎn)上，實(shí)際發(fā)生的冷卻狀況都與介質(zhì)冷卻特性曲線上所指的階段構(gòu)成