專利名稱：中高淬透性鋼末端淬火裝置及淬透性測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種末端淬火裝置及淬透性測定方法，特別是一種中高淬透性鋼末端淬火裝置及淬透性測定方法，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前常用的測定鋼鐵淬透性的方法是Jominy法，也稱端淬法，它是W.E.Jominy和A.L.Boegehold于1937年提出，現(xiàn)在，標準端淬試驗法已廣泛應(yīng)用于測定理想臨界直徑DI為25～150mm的中等淬透性鋼的淬透性。各工業(yè)化國家都制訂了端淬試驗標準，其試樣規(guī)格和試驗參數(shù)基本接近。后來，國際標準化組織ISO將端淬法列為國際標準ISO642-79。我國60年代，依據(jù)前蘇聯(lián)國家標準制訂了GB225-63“結(jié)構(gòu)鋼末端淬透性試驗法”，80年代等效采用ISO642-79，發(fā)布了新的國家標準GB225-88“鋼的淬透性末端淬火試驗法”。然而對于高淬透性鋼，標準端淬法已不適用。因為淬透性極高的鋼的整個端淬曲線幾乎同橫坐標平行。為此，需要開發(fā)用于高淬透性鋼的淬透性試驗方法。開發(fā)新方法的關(guān)鍵就是設(shè)法降低遠離淬端的冷卻速度，擴大低冷卻速度的范圍，以便在有限的試樣長度內(nèi)能反映高淬透性鋼的硬度變化。為了降低冷卻速度，人們首先考慮采用不同的冷卻介質(zhì)，以油甚至空氣來取代水。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，C.B.Post，M.C.Fetzen.W.H.Fenstermacher在《Transactions of ASM》(美國機械工程協(xié)會會刊)，35(1945)，P85上撰文“Air hardenability of steels(空淬鋼的淬透性)”，該文提出了空氣冷卻端淬法，被測試棒一端露在鋼套外面，一端擰入鋼套內(nèi)，其端面正好位于鋼套軸向中心部位，試棒加熱后放在鋼絲網(wǎng)上靜止的空氣中冷卻，使用空氣淬火雖然可以獲得很低的冷速，但實際上同標準端淬試驗法相比在熱流狀態(tài)上有很大的差別。標準試樣的熱傳導(dǎo)主要是通過水冷端面進行的，試樣圓柱表面冷卻作用較小，而空淬法的試樣圓柱表面也是重要的冷卻表面，而且試樣的另一端還要受整個鋼套儲熱的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種中高淬透性鋼末端淬火裝置及淬透性測定方法，使其通過延緩遠離水冷端高溫試樣的散熱，在有限的試樣長度內(nèi)獲得很寬的冷速范圍，建立端淬距離及冷卻速度與硬度的關(guān)系，從而確定出中、高淬透性鋼的淬透性。
本發(fā)明淬火裝置主要包括噴水口、端淬試樣、下托盤、外筒、內(nèi)筒、上托盤、塞子、鋼蓋、墊圈、支架、上螺釘、下螺釘，其連接方式為噴水口固定在整個的外部支架上，在外部鋼制外筒的內(nèi)部插入硬質(zhì)耐火保溫材料內(nèi)筒，內(nèi)筒的外徑略大于外筒的內(nèi)徑，以保證結(jié)合牢固，而內(nèi)筒的內(nèi)徑應(yīng)等于或略小于端淬試樣的外徑，因為耐火保溫材料具有一定的彈性，可以保證試樣同耐火保溫材料的緊密接觸，耐火保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)很小，可以保證高溫試樣從側(cè)面和頭部的散熱很小，主要的傳熱方式是通過端面水冷所形成的熱傳導(dǎo)，內(nèi)筒上部設(shè)置墊圈，可以在裝卸端淬試樣時起保護作用，整個套筒通過上托盤和下托盤固定于支架上，另外，用同樣的耐火保溫材料做成的塞子上部與鋼蓋結(jié)合在一起，塞子的底部設(shè)有一圓槽，圓槽的尺寸正好容納端淬試樣的頭部臺階，上托盤和下托盤的側(cè)面各有三個互成120°角的螺釘，上托盤和下托盤通過上螺釘和下螺釘固定于支架上，可以方便的進行裝卸。端淬試樣的形狀為圓柱形，在其頭部有一圓柱形的臺階，端淬試樣長度較標準試樣長，通過上下各三個成120°角的螺釘保持垂直，端淬試樣中軸線與噴水口的中心重合。
這樣可以測定高淬透性鋼淬透性，在有限長度上反映出材料硬度的變化，而且淬火是在厚厚的耐火保溫材料保護下進行的，冷卻速度大大降低，圓柱形端淬試樣與噴水口的對中是通過三個成120°角的螺釘來保證的。
本發(fā)明通過在有限的試樣長度內(nèi)獲得很寬的冷速范圍，建立端淬距離及冷卻速度與硬度的關(guān)系，從而測定出中高淬透性鋼的淬透性，中高淬透性鋼的淬透性測定方法具體如下(1)將端淬試樣放入電爐中加熱至淬火溫度，保溫一段時間后，將試樣快速轉(zhuǎn)移至本發(fā)明端淬裝置中，轉(zhuǎn)移至端淬裝置后，快速關(guān)閉耐火保溫材料蓋子后，開啟噴水開關(guān)進行噴水冷卻，保持噴水的壓力固定，流出的水經(jīng)裝置底部的導(dǎo)流管引出。
將試樣放在能準確測溫的箱式電爐中加熱，加熱應(yīng)在保護氣氛中進行，以防止試樣末端產(chǎn)生脫碳層或氧化皮，影響結(jié)果，淬火加熱溫度的選擇采用被測鋼實際采用的淬火加熱溫度，加熱并充分保溫，以保證試樣的充分奧氏體化，試樣出爐后應(yīng)迅速轉(zhuǎn)移至耐火保溫材料內(nèi)筒內(nèi)，整個轉(zhuǎn)移過程應(yīng)盡量迅速，以減小熱量損失，蓋上塞子，打開噴水閥從噴水口處進行噴水冷卻，在噴水過程中，水流中心應(yīng)與圓柱試樣的中軸線重合，這樣在水噴至試樣端面后發(fā)生反射后會形成球形水幕，壓力穩(wěn)定使試樣端面的得到穩(wěn)定的冷卻作用，噴水口的直徑以及噴水高度參照GB225-88的規(guī)定。
(2)根據(jù)試樣的淬火溫度高低，經(jīng)足夠長時間冷卻后，打開蓋子，將試樣從耐火保溫材料內(nèi)桶內(nèi)取出。由于試樣頭部的冷卻速度很慢，應(yīng)選擇合適的噴水冷卻時間，一般來講，由于試樣長度較長，冷速很慢，冷卻時間應(yīng)比標準水冷時間長得多。
(3)將取下的試樣從側(cè)面磨出兩相互平行的平面，在整個試樣長度上測定試樣的硬度，測量的方法可參照GB225-88的規(guī)定進行，在試樣的圓柱表面磨制出硬度測量用的兩條相隔180°的嚴格相互平行的平臺，磨削深度大于或等于0.4mm，用洛式硬度計從水冷面開始測量，直至試樣頭部。
(4)根據(jù)測得的硬度數(shù)據(jù)，以端淬試樣表面兩條平臺上所測硬度的平均值為縱坐標，以測量點至水冷端距離為橫坐標，繪制端淬距離與硬度的關(guān)系曲線，并可在已知材料熱性能參數(shù)的情況下，建立一維的有限差分或有限方程，求解各端淬距離處的冷卻速度曲線，從而建立冷卻速度與硬度的定量關(guān)系曲線，根據(jù)這兩組曲線可以準確的評定材料的淬透性高低。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明可以獲得相當寬的冷卻速度范圍，從而有效地評定中高淬透性鋼的淬透性；使用方法簡單，操作簡便，實驗重現(xiàn)性好，試樣的傳熱方式單一，為單面熱傳導(dǎo)，其它表面?zhèn)鳠崃亢苄?，可視為絕熱邊界，從而可以通過求解簡單的一維熱傳導(dǎo)方程得到表面冷卻速度與端淬距離間的關(guān)系。


圖1本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明上托盤結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明下托盤結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明淬火裝置主要包括噴水口1、端淬試樣2、下托盤3、外筒4、內(nèi)筒5、上托盤6、塞子7、鋼蓋8、墊圈9、支架10、上螺釘11、下螺釘12，其連接方式為噴水口1固定在整個的外部支架上，在外部鋼制外筒4的內(nèi)部設(shè)置硬質(zhì)耐火保溫材料內(nèi)筒5，內(nèi)筒的外徑略大于外筒4的內(nèi)徑，內(nèi)筒5的內(nèi)徑應(yīng)等于或略小于端淬試樣2的外徑，內(nèi)筒5上部設(shè)置墊圈9，整個套筒通過上托盤6和下托盤3固定于支架10上，塞子7上部與鋼蓋8結(jié)合在一起，上托盤6和下托盤3的側(cè)面各有三個互成120°角的螺釘，上托盤6和下托盤3通過上螺釘11和下螺釘12固定于支架10上。
端淬試樣2的形狀為圓柱形，在其頭部有一圓柱形的臺階，端淬試樣2長度較標準試樣長，通過上下各三個成120°角的螺釘保持垂直，端淬試樣2的中軸線與噴水口1的中心重合，塞子7的底部設(shè)有一圓槽，圓槽的尺寸正好容納端淬試樣2的頭部臺階。
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實施例應(yīng)用本發(fā)明評定塑料模具中等淬透性鋼P20的淬透性。用P20鋼做成端淬試樣，試樣長度200mm，直徑Φ25mm，頭部臺階尺寸為Φ31mm×3mm。將試樣放入箱式爐中在保護氣氛中加熱至淬火溫度為860℃，保溫30分鐘后迅速取出放入本發(fā)明的裝置中，關(guān)閉耐火保溫材料蓋子后開啟噴水開關(guān)進行噴水冷卻。在冷卻2小時后，打開蓋子，取出試樣，從側(cè)面磨出兩相互平行的平面，在整個試樣長度上進行硬度測量，并繪制出硬度與端淬距離的關(guān)系圖。淬透深度采用半馬氏體區(qū)至淬火端距離為65mm左右，用有限元法計算試樣各點處在700℃時的冷速，可見在試樣的冷速隨端淬距離的增大而降低，反映出硬度隨著冷卻速度下降即隨著工件截面增大和深度增加而變化的情況。
權(quán)利要求
1.一種中高淬透性鋼末端淬火裝置，主要包括噴水口(1)、端淬試樣(2)、上托盤(6)、支架(10)、上螺釘(11)，其特征在于還包括下托盤(3)、外筒(4)、內(nèi)筒(5)、塞子(7)、鋼蓋(8)、墊圈(9)、下螺釘(12)，其連接方式為在外部鋼制外筒(4)的內(nèi)部設(shè)置硬質(zhì)耐火保溫材料內(nèi)筒(5)，內(nèi)筒(5)的外徑略大于外筒(4)的內(nèi)徑，內(nèi)筒(5)的內(nèi)徑等于或略小于端淬試樣(2)的外徑，內(nèi)筒(5)上部設(shè)置墊圈(9)，整個套筒通過上托盤(6)和下托盤(3)固定于支架(10)上，塞子(7)的上部與鋼蓋(8)結(jié)合在一起，上托盤(6)和下托盤(3)的側(cè)面各有三個互成120°角的螺釘，上托盤(6)和下托盤(3)通過上螺釘(11)和下螺釘(12)固定于支架(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種中高淬透性鋼末端淬火裝置，其特征是端淬試樣(2)的形狀為圓柱形，在其頭部有一圓柱形的臺階，端淬試樣(2)長度較標準試樣長，通過上下各三個成120°角的螺釘保持垂直，端淬試樣(2)的中軸線與噴水口(1)的中心重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種中高淬透性鋼末端淬火裝置，其特征是塞子(7)的底部設(shè)有一圓槽，圓槽的尺寸正好容納端淬試樣(2)的頭部臺階。
4.一種中高淬透性鋼淬透性測定方法，其特征在于方法具體如下(1)將端淬試樣放入電爐中加熱至淬火溫度，保溫一段時間后，將試樣快速轉(zhuǎn)移至本發(fā)明端淬裝置中，轉(zhuǎn)移至端淬裝置后，快速關(guān)閉耐火保溫材料蓋子后，開啟噴水開關(guān)進行噴水冷卻，保持噴水的壓力固定，流出的水經(jīng)裝置底部的導(dǎo)流管引出；(2)根據(jù)試樣的淬火溫度高低，經(jīng)足夠長時間冷卻后，打開蓋子，將試樣從耐火保溫材料內(nèi)筒內(nèi)取出；(3)將取下的試樣從側(cè)面磨出兩相互平行的平面，在整個試樣長度上測定試樣的硬度；(4)根據(jù)測得的硬度數(shù)據(jù)，以端淬試樣表面兩條平臺上所測硬度的平均值為縱坐標，以測量點至水冷端距離為橫坐標，繪制端淬距離與硬度的關(guān)系曲線，并在已知材料熱性能參數(shù)的情況下，建立一維的有限差分或有限方程，求解各端淬距離處的冷卻速度曲線，從而建立冷卻速度與硬度的定量關(guān)系曲線。
全文摘要
中高淬透性鋼末端淬火裝置及淬透性測定方法屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。裝置主要包括噴水口、端淬試樣、下托盤、外筒、內(nèi)筒、上托盤、塞子、鋼蓋、墊圈、支架、上螺釘、下螺釘，在外筒內(nèi)部設(shè)置內(nèi)筒，內(nèi)筒上部設(shè)置墊圈，整個套筒通過上下托盤固定于支架上，塞子上部與鋼蓋結(jié)合在一起，上下托盤通過上螺釘和下螺釘固定于支架上。測定方法如下將端淬試樣放入電爐中加熱至淬火溫度，保溫一段時間，快速移至端淬裝置中并關(guān)閉蓋子，開啟噴水開關(guān)進行噴水冷卻；經(jīng)足夠長時間冷卻，將試樣取出；從試樣側(cè)面磨出兩相互平行的平面，測定試樣硬度；根據(jù)硬度數(shù)據(jù)，建立冷卻速度與硬度定量關(guān)系曲線。本發(fā)明可獲得相當寬的冷卻速度范圍，方法簡單、操作簡便。
文檔編號C21D1/55GK1394970SQ02136430
公開日2003年2月5日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者潘健生, 胡明娟, 姚新, 宋冬利 申請人:上海交通大學(xué)