轴承零件热处理淬火介质冷却特性测定方法的对比分析

耿伟，王敏，王智勇，扈林庄，张春宝

(1.常州龙邦润滑油有限公司，江苏 常州 213100；2.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；3.浙江为尚机械有限公司，浙江 湖州 313005)

1 引言

目前，轴承行业热处理中所使用的淬火介质主要有淬火油、PAG水基淬火液、淬火硝盐等。热处理过程中淬火介质与高温工件直接接触，理化性质会产生一定的变化，从而导致使用性能发生改变，最终影响热处理质量。因此，提供一种有效的监控淬火介质冷却性能的检测方法十分重要，可以为淬火介质提供及时、有效的解决方案，并保证其长期稳定性。

目前，轴承行业主要使用2种检测仪器测量淬火介质的冷却性能，即瑞典的IVF冷却性能测定仪(图1)以及国产SYQ-2淬火介质冷却特性测定仪(图2)。下面从测定原理、标定以及实测数据对比等方面探讨这2种仪器的检测方法与优缺点，以期为轴承热处理提供一定的参考。

图1 IVF冷却性能测定仪Fig.1 Cooling characteristic tester IVF

图2 SYQ-2淬火介质冷却特性测定仪Fig.2 Quenching media cooling characteristic tester SYQ-2

2 测定方法及标定

2.1 测定方法

关于淬火油冷却特性测定方法，我国现行有2个标准：1)GB/T 30823—2014 《测定工业淬火油冷却性能的镍合金探头试验方法》，等同ISO 9950:1995；2)SH/T 0220—1992《热处理油冷却性能测定法》，源自日本工业标准JIS K 2242:1980。相应地，IVF测定仪遵循GB/T 30823，SYQ-2测定仪遵循SH/T 0220。

IVF测定仪的探头是由几何中心装有热电偶的镍合金圆柱体及安装在上面的镍合金支架组成，SYQ-2测定仪则采用了ZJY-10整体挤压银探头，两者所用探头的材质、规格见表1。

表1 测定仪所用探头的对比Tab.1 Comparison between probes used by testers

IVF测定仪可表征以下特征参数：最大冷却率，最大冷却率出现时的温度，在300 ℃时的冷却率，冷却至600，400，200 ℃时的时间，从气态转换到沸腾状态的温度，从沸腾状态转换到对流状态的温度。

SYQ-2测定仪可表征的特征参数为：特性温度，特性时间，最大冷速温度，最大冷速，在300 ℃时的冷速，冷却至600，400，300，200 ℃的时间。

2.2 标定

2.2.1 IVF测定仪的标定

GB/T 30823—2014对标定液冷却特性的要求见表2，目前我国与该标定液物理特性接近的油有N22，N32，100SN和150SN。其中，100SN最接近，其次是N22，然后是性能接近的N32与150SN。但不同厂家生产的100SN，150SN存在一定的差别，N22则不易获得，因此N32一直作为淬火油在国内广泛使用，通常选择N32做为标定液。

表2 标定液的物理特性Tab.2 Physical properties of calibration fluid

标定步骤为：

1)启动SQ软件及加热炉，加热炉温度设置为850 ℃；将1 L标定液倒入介质杯中并用加热器加热至(80±2)℃。

2)当探头温度加热至(850±5)℃时，按下手持单元的ENTER键，迅速将探头插入标定液中，待数据采集完毕后输入曲线名称并保存。

3)将手持单元的数据导入SQ软件，获得此次标定液的IVF曲线，将其与标定液参数进行对比分析。

2.2.2 SYQ-2测定仪的标定

SH/T 0220—1992采用邻苯二甲酸二辛酯(化学纯)作为标定液，标定液的冷却性能应符合下列要求：1)特性温度为(510±10)℃；2)从800 ℃冷却到400 ℃的时间为(5.3±0.3)s。

标定步骤为：

1)打开测试软件，设定测试参数，炉温设置为810 ℃。

2)加热标定液以及银探头，探头温度高于最高温度并延时5 s将报警。

3)当探头到达温度且报警后，迅速将探头放入标定液中，由便携式测试仪开始测试。由于初始测试阶段由温度控制，如果动作慢导致探头在空气中冷却时间长，冷却曲线上可能出现一段较平缓的部分，测试完成后应使用编辑属性中的“删除部分测试数据功能”将该段数据删除。

4)标定结果如达不到上述要求，应对银探头重新抛光，进行再次标定。

3 实际应用

3.1 实测数据分析

分别用IVF和SYQ-2测定仪对水、PAG类水性淬火液及某品牌淬火油进行检测(淬火油进行重复试验)，测定曲线如图3所示，淬火介质冷却性能数据见表3。

图3 不同淬火介质的冷却特性测定曲线Fig.3 Measuring curves for cooling characteristics of different quenching media

表3 不同淬火介质冷却性能的测定结果Tab.3 Measuring results for cooling characteristics of different quenching media

由表3可知，因所用探头的材质、尺寸、热电偶位置不同，遵循不同测量标准测得的冷却特性曲线也不同。对于同一种淬火介质，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，即不同标准检测的冷却特性之间没有通用、规律的换算关系。但2种测定仪的灵敏度、重复性都非常高，图3所示曲线均能够表征出不同温度区间内淬火介质的冷却能力，可以根据淬火介质在冷却全过程中的分布特点来判断其是否满足热处理工件的淬火要求。

3.2 应用场景分析

冷却曲线可用于评价淬火介质的冷却性能，具有测试简便，数据重复性好的优点。冷却特性反映了淬火介质冷却特性的稳定性和变化程度，可以对淬火介质进行定性、定量的分析，对于热处理生产单位的质量管理以及分析解决工件热处理技术和质量问题有着很大的应用价值。

IVF测定仪的手持式数据接收器直接与探头连接，能够存储20组测量数据，并可通过无线传输保存到计算机中；使用者可以通过数据接收器上的按钮设定测量时间、采样频率和测量模式，包括自动记录开始温度以及测试探头的校准等；采用蓝牙进行无线数据传输，可在淬火槽任意位置进行测试，操作方便且减小了由于探头接地不好带来的测量误差；具有强大的冷却曲线分析软件，可记录大量的测量数据并进行后续分析计算，测量重复性高。IVF测定仪的缺点是测量成本高，探头损耗快。对于聚合物水性淬火介质，探头大约可用150次，在淬火油中大约可用300次。

SYQ-2测定仪在探头温度高于最高温度并保持5 s将报警，避免探头温度过高减少使用寿命；配套软件具有删除部分测试数据的功能，可将初始测试点归一化到相同的温度；另外，测试的最高温度可以适当提高，当实际测试温度高于标准温度时，使用该功能将高出的温度删除。SYQ-2测定仪的缺点是，对于已使用过淬火油的测量重复性不好。

4 结束语

IVF和SYQ-2测定仪虽然在参照标准、探头、测量方法上存在一定的差异，但测量的准确性、灵敏度都非常高。检测所得的冷却特性曲线之间虽然没有固定关系的可比性，但由于镍合金探头相比银探头的材质更加接近实际淬火工件，更能模拟实际淬火过程，所以IVF测定仪在实际生产中使用更为广泛。