本发明涉及一种淬火介质热稳定性的测试装置，属于金属加工油技术领域。
背景技术：
在工业淬火领域，为了保证不同的冷速需求，往往需要往淬火介质中加入一些添加剂。在持续周期淬火工况下，淬火介质瞬间接触到的工件温度可能到达850℃甚至更高。在这种热冲击下，部分添加剂可能会受热消耗，从而无法保证冷速要求。此外，淬火油作为一种大量应用的淬火介质，其主要成分基础油本身与高温工件接触就会氧化老化。因此，测试评价淬火介质在热冲击情况下稳定性以及跟踪淬火介质在热冲击情况下各相关指标的变化情况对于淬火介质的开发应用具有重要意义。
现有的淬火油热稳定性测试方法主要是热氧化安定仪测试法、旋转氧弹法等。这些方法均与淬火油高温工件热冲击的实际使用工况有所区别，无法模拟高温阶段(850℃以上)的淬火介质老化情况。同时这些方法也无法实时反馈淬火油的冷却特性。此外，对于工件的加热方式，普通的电阻加热方式功率低，容易导致在测试过程淬火介质过热沸腾，工件无法到达高温且有一定的安全隐患。如果采用高温工件跌落式冲击，又很难满足自动循环的要求，难以模拟淬火介质成百上千次的热冲击实验。
技术实现要素：
发明目的：为解决现有技术中的问题，本发明提供一种淬火介质热稳定性的测试装置，该测试装置能够模拟出实际工矿下对淬火介质的多次高温热冲击，从而通过测定待测淬火介质加热前、中、后各阶段冷却特性和黏度来对其热稳定性进行评价。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：
一种淬火介质热稳定性的测试装置，包括实验容器、置于实验容器中的待测淬火介质以及用于给实验容器冷却的冷却装置；还包括置于待测淬火介质中的测量传感器，所述测量传感器由感应线圈以及放置在感应线圈几何中心的标准探头组成；还包括与感应线圈电连接的感应电源以及与标准探头通过电缆连接的控制单元，控制单元同时通过电缆与感应电源连接。
其中，实验容器为顶部开口的不锈钢烧杯，用于放置待测淬火介质，并通过宝塔头和软管与板式换热器连接。
其中，冷却装置包括水冷却机和板式换热器，水冷却机通过板式换热器与实验容器进行热交换，在板式换热器与实验容器的连接管路设有增压泵，通过增压泵形成循环冷却回路。
其中，所述标准探头为gb/t30823标准或sh/t0220标准指定的探头。
其中，所述感应线圈使用的电线截面直径为3～8mm、线圈的内径为15～25mm、线圈的匝数为6～12、线圈的高度为80～150mm。
其中，所述感应线圈呈两端密，中间疏的方式扎制，即感应线圈两端相邻匝之间的间隔为0.1～0.2mm，感应线圈中部相邻匝之间的间隔为3～5mm。
其中，所述感应加热电源接380v三相交流电。
其中，所述控制单元包括中央处理芯片以及与中央处理芯片连接的显示模块和数据采集模块；控制单元与显示屏通过电缆连接。
本发明淬火介质热稳定性的测试装置的工作原理：在实验室中利用不锈钢烧杯对待测淬火介质进行热稳定性测试时，将测量传感器置于淬火介质中，控制单元控制感应电源开始加热，通过特定的感应线圈结构，在感应电源接通的短时间内(感应电源输入功率此时大于8kw)标准探头表面温度超过待测介质的leidenfrost温度并在标准探头表面形成稳定蒸汽膜(蒸汽膜导热慢，另外导热速率没有加热速率块，因此在蒸汽膜的存在下标准探头能够整体升温至850℃)，最终标准探头在淬火介质中整体温度达到850℃时(工件在淬火过程一般从850℃开始接触淬火介质开始淬火)，控制单元控制感应电源停止加热，淬火介质对标准探头进行冷却降温，控制单元采集标准探头的实时温度，并将对应数据显示在显示屏上。
本发明测试装置通过采集标准探头的温度来控制感应电源的开启和关闭，从而实现对淬火介质的多次高温热冲击(模拟实际工矿)。
将经过多次高温热冲击的淬火介质通过冷却特性测试仪检测其冷却性能，同时取样检测其粘度，从而通过测定淬火介质加热前、中、后各阶段冷却特性和黏度来对其热稳定性进行评价。因此本发明装置能够对淬火介质模拟真实工矿进行热冲击，进而得到淬火介质在热冲击情况下的热稳定性以及跟踪淬火介质在热冲击情况下各相关指标的变化情况。
有益效果：本发明淬火介质热稳定性的测试装置通过高比表面功率的感应加热，可实现加热工件(标准探头)的快速升温，从而实现对淬火介质的高温热冲击，并且可通过反复的加热实现对淬火介质的多次高温热冲击，通过获取到的高温热冲击下淬火介质的冷却特性和粘度来评价其热稳定性；本发明淬火介质热稳定性的测试装置能够模拟淬火介质高温热冲击的实际工况，从而有效降低淬火介质的应用风险。
附图说明
图1为本发明淬火介质热稳定性的测试装置的系统原理图；
图2为控制单元的原理图；
图3为感应线圈的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步阐述。
如图1～3所示，本发明淬火介质热稳定性的测试装置，包括实验容器1以及置于实验容器1中的待测淬火介质11；实验容器1为开口式不锈钢烧杯，容积为2l，用于放置待测淬火介质11，外壳与宝塔头8固定连接，宝塔头8与软管14连接，实验容器1通过宝塔头8和软管14与板式换热器9连接，在板式换热器9与实验容器1的连接管路上设有增压泵10，通过增压泵10板式换热器9与实验容器1之间形成循环回路；本发明淬火介质热稳定性的测试装置还包括冷却装置，冷却装置包括水冷却机12和板式换热器9，水冷却机12通过板式换热器9与实验容器1进行热交换；水冷却机12通过板式换热器9冷却淬火介质，同时利用增压泵10保证淬火介质冷却回路的主动循环，从而保证淬火介质在充分换热的情况下减小淬火介质的使用量；本发明淬火介质热稳定性的测试装置还包括置于待测淬火介质11中的测量传感器2，测量传感器2由感应线圈3以及放置在感应线圈3几何中心的标准探头4组成，即标准探头4同感应线圈3固定在一起组成测量传感器2浸入待测淬火介质11中；本发明淬火介质热稳定性的测试装置还包括与感应线圈3电连接的感应电源5以及与标准探头4通过电缆连接的控制单元6，控制单元6同时通过电缆与感应电源5连接；其中，本发明使用的标准探头4为gb/t30823标准指定的镍合金探头。
本发明淬火介质热稳定性的测试装置中所使用的感应线圈3两端的电线匝的很密(即线圈两端相邻电线的垂直距离为0.1～0.2mm)，中部的电线匝的稀疏(即线圈中部相邻电线的垂直距离为3～5mm)，感应线圈2这样的扎制方式是为了进行线圈上部和下部补偿，使标准探头4两端具有更大的比表面功率，补偿两端因冷却速度快导致加热温度不均匀的问题，感应线圈3要求电线的截面直径a为3～8mm、线圈(电线围合的圆圈)的内径b为15～25mm、线圈的匝数为6～12、线圈的高度c为80～150mm，从而保证整个标准探头3温度的相对均匀性，标准探头3表面各处升温的均匀性越高，在标准探头3表面形成的蒸汽膜越大、越完整，从而各处加热的温度更均衡，此时标准探头内热电偶反应的即是标准探头整体的温度(而不是热电偶处的局部温度)，从而使热电偶传输给数据采集模块的温度更真实、可靠。
发明感应电源5接380v三相交流电，有效输出功率＞8kw，可以输出高频振荡电流，工作频率范围在30khz-100khz。感应电源5能够保证标准探头4表面的比表面功率，感应电源5的输出振荡功率大于20kw，有效输出功率大于8kw。同时感应电源5配置有冷却单元，冷却单元采用双通路水冷或油冷对感应电源5降温，防止其中的igbt驱动器和相关器件过热损坏。控制单元6中的数据采集模块采集标准探头4的温度，通过标准探头4的温度来控制感应电源5的开启和关闭，并将温度在显示屏7上显示出来。即控制单元6连接感应电源5，控制单元6根据输入的热偶信号判断当前标准探头4的温度，当标准探头4温度高于设置上限关闭感应电源5，当标准探头4温度低于设置下限启动感应电源5，实现自动循环热冲击。
本发明控制单元6包括中央处理芯片以及与中央处理芯片连接的显示模块和数据采集模块；控制单元与显示屏7通过电缆连接，显示屏7能够实时显示监测到的淬火介质的温度。
采用本发明测试装置评价淬火介质的热稳定性：通过实验前后淬火介质冷却特性和粘度变化作为热稳定性评价的参考依据。
为比较同一种快速淬火油，将其中一个抗氧剂成分a切换为同一类型添加剂b，添加比例及其他组成成分均不变的情况下，油品热稳定性是否变化。实验过程参数如下：电源开关温度下限按常用工况设为80℃，上限设为工件加热温度典型值850℃，实验条件8小时，实验前后及过程每两小时检测一次淬火介质的冷却特性及粘度。结果如表1。
表1测试结果
通过以上实验可以看出，随着持续的热冲击，相较于含有添加剂b的油品，含有添加剂a的油品粘度和最大冷速以及上特性温度下降均比较快，同时300℃冷速也上升的较快，说明添加剂a对该油品的热稳定性没有添加剂b好。与此同时，为验证本发明测试装置的准确性，根据该结果，将生产现场使用的油品补充添加剂b，经跟踪确认，其冷速维持周期显著长于加有添加剂a的油品。
本发明测试装置能够自动持续高温热冲击淬火介质，便于实验前中后检测其粘度和冷却特性，以得到淬火介质的接近实用工况的老化过程以及过程中的性能变化趋势，从而评价更适于实用的淬火介质的热稳定性。因此本发明装置能够用于测试评价淬火介质在连续高温热冲击情况下的热稳定性状况。
1.一种淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：包括实验容器、置于实验容器中的待测淬火介质以及用于给实验容器冷却的冷却装置；还包括置于待测淬火介质中的测量传感器，所述测量传感器由感应线圈以及放置在感应线圈几何中心的标准探头组成；还包括与感应线圈电连接的感应电源以及与标准探头通过电缆连接的控制单元，控制单元同时通过电缆与感应电源连接。
2.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述实验容器为顶部开口的不锈钢烧杯。
3.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述冷却装置包括水冷却机和板式换热器，水冷却机通过板式换热器与实验容器进行热交换，在板式换热器与实验容器的连接管路上设有增压泵。
4.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述标准探头为gb/t30823标准或sh/t0220标准指定的探头。
5.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述感应线圈使用的电线截面直径为3～8mm、线圈的内径为15～25mm、线圈的匝数为6～12、线圈的高度为80～150mm。
6.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述感应线圈两端相邻匝之间的间隔为0.1～0.2mm，感应线圈中部相邻匝之间的间隔为3～5mm。
7.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述感应加热电源接380v三相交流电。
8.根据权利要求1所述的淬火介质热稳定性的测试装置，其特征在于：所述控制单元包括中央处理芯片以及与中央处理芯片连接的显示模块和数据采集模块；控制单元与显示屏通过电缆连接。
技术总结