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：在標準測試儀檢測淬火介質(zhì)冷卻特性的同時，用攝像機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、整個試塊被蒸汽膜包圍著。在沸騰冷卻階段，整個試塊表面都在發(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，都可以通過期間或者溫度坐標找到另一曲線上的對應(yīng)點。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準，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理。在淬火介質(zhì)的研究和評價中，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，在完成“液態(tài)淬火介質(zhì)中冷卻的四階段理論”的研究后，通過試驗和觀測，研究了本課題。研究的目的有三個：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、試驗方法和試驗結(jié)果1、試驗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。采用1/100秒的快門速度，每秒拍攝25張圖片。試驗中通常采用850℃的加熱溫度。水性介質(zhì)的液溫在10℃～70℃內(nèi)選??；油性介質(zhì)的液溫在30℃～100℃內(nèi)選取。圖250℃基礎(chǔ)油的試驗和觀測結(jié)果對照圖2、試驗結(jié)果試驗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，先容本文的試驗結(jié)果。其中，把冷卻速度曲線上一些選定點對應(yīng)的攝像觀測結(jié)果以示意圖形式畫在同一張圖上?；A(chǔ)油的冷卻特

7、性曲線與多個選定點的冷卻狀況如示如圖2。快速淬火油的冷卻特性曲線與多個選定點的冷卻狀況如圖3所示。60℃凈水的冷卻特性曲線與多個選定點的冷卻狀況如圖4所示。圖350℃快速淬火油的試驗和觀測結(jié)果對照圖圖460℃凈水的試驗和觀測結(jié)果對照圖三、試驗結(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際的冷卻情況之間的關(guān)系稍加留意就會發(fā)現(xiàn)：冷卻特性曲線上選定點所處的冷卻階段，和同一時刻探棒上實際發(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點以外，在所有其它的選定點上，實際發(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