摘 要：淬火介質(zhì)是熱處理工藝中不可或缺的技術(shù)因素。不同的淬火介質(zhì)在使用的過(guò)程中因其不同的物理和化學(xué)特性,會(huì)導(dǎo)致零件各種性能的改變,主要影響零件的金相組織改變、表面的開裂和變形等。在淬火介質(zhì)的選用過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)從介質(zhì)特性和零件特性兩方面共同考量,以保證零件表面淬火后的完整和硬度要求。
關(guān)鍵詞：淬火介質(zhì)；介質(zhì)特性；淬火介質(zhì)實(shí)驗(yàn)
一、常用淬火介質(zhì)的分類和選用要求
1、淬火介質(zhì)的分類
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研制和實(shí)踐,很多種材料別利用成為了淬火介質(zhì)。目前金屬熱處理行業(yè)使用的主要淬火介質(zhì)有以下幾類:1)水;2)鹽水;3)熔鹽;4)植物油;5)礦物油:其中有摻和油、快速油、超速油、熱油、光亮油等等。這些淬火介質(zhì)有著不同的物理和化學(xué)特性,在使用中應(yīng)根據(jù)不同的材料而選定。
2、淬火介質(zhì)的選用要求
1)對(duì)淬火介質(zhì)重要的要求是淬火能力和冷卻能力,淬火介質(zhì)的冷卻能力是保證零件可以按照大于臨界淬火冷卻速度來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻,在零件的尺寸一定的時(shí)候,冷卻的速度越快,就可能獲得更大的淬硬深度。但是如果冷卻速度夠快就會(huì)導(dǎo)致零件的截面溫差,這就導(dǎo)致了組織應(yīng)力的增大,這樣就導(dǎo)致了零件的表面開裂。所以淬火介質(zhì)的選取條件是冷卻速度應(yīng)當(dāng)適合不同的零件。
2)在淬火介質(zhì)的選取時(shí),應(yīng)當(dāng)要注意適用范圍足夠廣泛,可以滿足企業(yè)加工零件材質(zhì)的基本要求,不需要進(jìn)行頻繁的更換介質(zhì)類型。而且要結(jié)合零件的尺寸來(lái)減小淬火的變形和開裂的傾向。另外,要保證不變質(zhì)、不腐蝕、不粘接零件。
二、主要的淬火介質(zhì)特性
1、水
水是常見的淬火介質(zhì),常用的溫度是15-30度,根據(jù)需要也會(huì)使用50-80度的水。水的特性是,在淬火的過(guò)程中介質(zhì)與零件表面接觸的一層由于水的沸點(diǎn)原因,總是加熱到100度,產(chǎn)生蒸發(fā),這時(shí)如果冷卻的應(yīng)力分布不均就會(huì)產(chǎn)生裂紋。具體的特性是:1)在淬火的整個(gè)過(guò)程中溫度的范圍可以滿足從800度-室溫的冷卻工藝。2)淬火過(guò)程中在不同的溫度區(qū)間冷卻的效果是不均勻的,即在800-400度、400-100度、100-室溫,這幾個(gè)區(qū)間內(nèi)冷卻速度有著明顯的差別。3)水的冷卻能力水溫度的變化而劇烈改變這是水介質(zhì)的一個(gè)主要的缺陷,所以在目前的使用過(guò)程中,一般都采用往水中加入少量化學(xué)制劑來(lái)改變水的冷卻能力。其中,降低蒸汽膜穩(wěn)定性的無(wú)機(jī)鹽可以使水的冷卻疏導(dǎo)提高,提高蒸汽膜穩(wěn)定性的物質(zhì)主要是各種有機(jī)的聚合物,以此降低水的冷卻速度,不同的聚合物有不同的冷卻特性,對(duì)此將在下面進(jìn)行介紹。
2、水溶性淬火介質(zhì)
從上面對(duì)水介質(zhì)的介紹可以看出,水介質(zhì)有著不可避免的缺陷,所以在對(duì)其淬火性質(zhì)的改進(jìn)方面一直在進(jìn)行著改進(jìn),同時(shí)為了節(jié)約石油資源人們開始利用水基淬火介質(zhì)來(lái)代替淬火油,這時(shí)水溶性淬火介質(zhì)就進(jìn)入了熱處理工藝中。其優(yōu)點(diǎn)如下:1)生產(chǎn)和環(huán)保方面的優(yōu)點(diǎn),粘度低,淬火時(shí)帶出量小,而且利用水的蒸發(fā)。2)水溶性淬火介質(zhì),無(wú)毒沒(méi)有淬火油煙、沒(méi)有火災(zāi)隱患,及改善了工作的環(huán)境,也保證了工人的健康,比熱性高,減少淬火時(shí)的介質(zhì)升溫,生產(chǎn)效率高。3)在零件淬火之前不需要進(jìn)行清理,簡(jiǎn)化了工序,設(shè)備簡(jiǎn)單,降低了加工成本,節(jié)約了資金。4)技術(shù)層面,這樣的淬火介質(zhì)冷卻速度是可以調(diào)整的,通過(guò)不同的水溶物來(lái)滿足不同的零件、材料的要求,可以提供某些材料淬火后的機(jī)械性能;與淬火油相比對(duì)滲入的微量水分不敏感,冷速幾乎不變。這樣的淬火介質(zhì)在對(duì)零件的處理時(shí),可以針對(duì)不同的零件調(diào)整冷卻的速度,這樣就避免了零件應(yīng)力差異而導(dǎo)致的變形和開裂。
3、淬火油
淬火油的使用是利用其作為淬火介質(zhì)主要看中的是淬火油的冷卻性能比較平緩,可以在淬火降溫的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)部的應(yīng)力平衡,大大的減小了零件表面的開裂和變形。其特征如下:
從淬火油的分子結(jié)構(gòu)看,其分子質(zhì)量高于水,沸點(diǎn)更高。兩者之間的沸點(diǎn)差在150-300度之間。礦物油達(dá)到沸點(diǎn)的時(shí)候,還會(huì)有少量的礦物油分子發(fā)生分解,油的蒸汽膜階段是在較高的溫度下形成的,一般為450-750度,且形成的膜穩(wěn)定性高,當(dāng)溫度降低到300-500度時(shí),膜的穩(wěn)定性開始下降,直到臨末消失。
在礦油中淬火時(shí)蒸氣膜的破裂機(jī)理與在水中淬火時(shí)一樣。同樣,油的持續(xù)沸騰的溫度范圍比水窄。例如,在N32專用機(jī)械油沸騰溫度大約為750～500℃,而水可在750～100℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)存在沸騰階段。零件在油中淬火冷卻時(shí),對(duì)流熱交換在比較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,在N32專用機(jī)械油中,對(duì)流熱交換從大約350℃開始而持續(xù)到環(huán)境溫度,而水中淬火是從低于100℃開始而持續(xù)到環(huán)境溫度。從實(shí)驗(yàn)的曲線可以看出,冷卻速度差值出現(xiàn)在低溫時(shí),例如在200℃時(shí),水的冷卻速度相當(dāng)于礦油冷卻速度的28倍。在高于350℃和低于100℃的較寬的溫度范圍內(nèi),水的冷卻速度仍然比有的冷卻速度快。
三、常用的淬火介質(zhì)的試驗(yàn)
1、硬度試驗(yàn)
淬火是改變零件淬硬和改善金相組織的主要方式,所以在評(píng)定淬火介質(zhì)作用的主要的指標(biāo)就是硬度。實(shí)驗(yàn)的目的考察淬火介質(zhì)的冷卻能力和零件的淬硬性和淬透性。所以在硬實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)淬火硬度值來(lái)補(bǔ)充對(duì)淬火介質(zhì)的淬火能力的評(píng)定,以此考察淬火介質(zhì)對(duì)零件表面的影響。
2、開裂和變形實(shí)驗(yàn)
淬火過(guò)程中主要的問(wèn)題就是零件表面開裂的問(wèn)題,這一實(shí)驗(yàn)可以在淬火介質(zhì)大量使用前,模擬淬火的實(shí)際工藝,以此來(lái)考察淬火試樣在不同的溫度和冷卻條件下的開裂情況,并以此來(lái)評(píng)定淬火介質(zhì)的實(shí)際性能。變形實(shí)驗(yàn)和開裂實(shí)驗(yàn)相似,都是利用模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試淬火介質(zhì)導(dǎo)致變形的特定情況。
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