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)在使用的過程中因其不同的物理和化學(xué)特性,會導(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)實驗
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)過長期的研制和實踐,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實現(xiàn)冷卻,在零件的尺寸一定的時候,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,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,不需要進行頻繁的更換介質(zhì)類型。而且要結(jié)合零件的尺寸來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)需要也會使用50-80度的水。水的特性是,在淬火的過程中介質(zhì)與零件表面接觸的一層由于水的沸點原因,總是加熱到100度,產(chǎn)生蒸發(fā),這時如果冷卻的應(yīng)力分布不均就會產(chǎn)生裂紋。具體的特性是:1)在淬火的整個過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)的一個主要的缺陷,所以在目前的使用過程中,一般都采用往水中加入少量化學(xué)制劑來改變水的冷卻能力。其中,降低蒸汽膜穩(wěn)定性的無機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,對此將在下面進行介紹。
2、水溶性淬火介質(zhì)
從上面對水介質(zhì)的介紹可以看出,水介質(zhì)有著不可避免的缺陷,所以在對其淬火性質(zhì)的改進方面一直在進行著改進,同時為了節(jié)約石油資源人們開始利用水基淬火介質(zhì)來代替淬火油,這時水溶性淬火介質(zhì)就進入了熱處理工藝中。其優(yōu)點如下:1)生產(chǎn)和環(huán)保方面的優(yōu)點,粘度低,淬火時帶出量小,而且利用水的蒸發(fā)。2)水溶性淬火介質(zhì),無毒沒有淬火油煙、沒有火災(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,減少淬火時的介質(zhì)升溫,生產(chǎn)效率高。3)在零件淬火之前不需要進行清理,簡化了工序,設(shè)備簡單,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,通過不同的水溶物來滿足不同的零件、材料的要求,可以提供某些材料淬火后的機械性能;與淬火油相比對滲入的微量水分不敏感,冷速幾乎不變。這樣的淬火介質(zhì)在對零件的處理時,可以針對不同的零件調(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程中實現(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,沸點更高。兩者之間的沸點差在150-300度之間。礦物油達到沸點的時候,還會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,膜的穩(wěn)定性開始下降,直到臨末消失。
在礦油中淬火時蒸氣膜的破裂機理與在水中淬火時一樣。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,對流熱交換在比較寬的溫度范圍內(nèi)進行,在N32專用機械油中,對流熱交換從大約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。從實驗的曲線可以看出,冷卻速度差值出現(xiàn)在低溫時,例如在200℃時,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
1、硬度試驗
淬火是改變零件淬硬和改善金相組織的主要方式,所以在評定淬火介質(zhì)作用的主要的指標(biāo)就是硬度。實驗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。所以在硬實驗中通過對淬火硬度值來補充對淬火介質(zhì)的淬火能力的評定,以此考察淬火介質(zhì)對零件表面的影響。
2、開裂和變形實驗
淬火過程中主要的問題就是零件表面開裂的問題,這一實驗可以在淬火介質(zhì)大量使用前,模擬淬火的實際工藝,以此來考察淬火試樣在不同的溫度和冷卻條件下的開裂情況,并以此來評定淬火介質(zhì)的實際性能。變形實驗和開裂實驗相似,都是利用模擬實驗來測試淬火介質(zhì)導(dǎo)致變形的特定情況。
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