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如何选择淬火介质?

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人气:-发表时间:2016-12-21 14:56【

淬火介质的选择与淬火方法密切相关。一般热处理车间仅有数种淬火介质,供热处理工艺人员选择,不可能也没必要配制几十种淬火介质。为了满足零件淬火与不开裂的要求,工艺人员要辨证地处理好零件的技术要求、钢材、淬火介质、淬火方法等诸方面的关系,制定切实可行的淬火工艺,并进行工艺验证和工艺评定工作,最后确定零件的定形工艺。

对于批量大的零件,或特别重要的零件,或过去经常出现产品质量事故的零件,经改进淬火方法还不能解决时,则需要认真地通过大量的试验工作,选择合适的淬火介质。

选择淬火介质应该综合考虑以下因素:

1)零件特性:包括所用钢的化学成分(相变特征),工件的截面尺寸、几何形状,表面粗糙度和表面状态,零件淬火时的排列状况和密集程度等。

2)淬火方式:包括淬火槽液温度、流向,搅拌速率,溶液的浓度。

可供应用的淬火介质种类很多。如水、盐水、油、聚合物溶液、熔盐、熔融金属、气体(包括静止或搅动)、喷雾、固体(通常用水冷套)等。但其中某些应用有限。

(1) 水

水是应用最广泛的淬火介质,可以达到较大的冷却速度。此外,水便宜,安全,易于得到,无需考虑防止污染或人身危害等保护措施。

水作为淬火介质的主要缺点是在马氏体转变区冷却速度太大,易使工件产生严重变形和开裂。通常水只局限用于形状简单的碳钢和低淬透性钢制零件的淬火。其次,由于蒸汽膜阶段会延长很长,随着淬火件复杂程度的增加和随着淬火水温的升高,助长了蒸汽膜的停留,使蒸汽膜阶段延长,造成硬度不均匀。另外,不溶的杂质、油和肥皂等会显著降低其冷却能力。

(2) 盐水

用于淬火的盐水,是指不同盐(如NaC1或caC12)的水溶液。和普通水和油相比较,盐水用于淬火有如下优点。

1)盐水在650巧50℃之间,具有最大的冷却能力,约相当普通水的10倍;而在低温区则与水的冷速相当,淬火开裂倾向较自来水小。这是由于盐水淬火时,热应力比相变应力大的缘故。热应力大,则在表层形成压应力状态,有利于防止开裂。

2)温度要求没有水那么严格,因而无需控制。

3)蒸汽泡引起的软点没有水那么严重。盐水的主要缺点是其腐蚀性大,因而淬火槽、泵、输送带等设备需要有涂层保护,用电镀或用耐腐蚀金属包覆,以保证其使用寿命。

(3) 氢氧化钠溶液

以(NaOH)为5%-10%的水溶液,其冷却能力与盐水相似,也具有盐水的一系列优点。不足之处是强碱性,对人的皮肤有害。适用于淬透性较差的碳钢,工件变形小,开裂倾向小。

(4) 油

淬火油可分为不同类型。按成分、淬火效果和使用温度,可分为普通油、快速油、等温油或热态淬火油。

普通淬火油是一些含有抗氧化剂的矿物油,但不含添加剂。这种油在低温区的淬火冷却能力远比水低,这对减少变形和开裂是有利的。其缺点是在高温区附近冷速小,不能用于低淬透性的碳素钢,只能用于合金钢工件的淬火。提高油温,可提高冷却能力。油温一般控制在60、80℃。

快速淬火油是一些混合矿物油,为了改善油的冷却能力,在油中加人磺酸钠、磺酸钡、磺酸钙、环烷钙及专利添加剂。在淬火冷却时,这些添加剂粘在工件表面而成为形成蒸气泡的质点,改变了蒸气膜破裂的“特性温度'',从而提高了油在高温区的冷却能力。普通淬火油加人质量分数为2·12%、5%的磺酸钠后,在高温区可使冷速提高50%。一般情况下,快速淬火油的冷却能力介于水与油之间,冷却能力比一般矿物油提高20%,而且变形开裂倾向小。

等温或热油是一类用溶剂精炼的具有很高抗热和抗氧化能力的矿物油。一般用于95-230℃的等温淬火。这类油含有抗氧化剂,以改善其抗老化能力,因为含有能显著提高冷却速度的添加剂,这类介质甚至在高温亦具有相当好的淬火效果。

(5) 聚合物溶液

聚乙烯醇(PVA)是20世纪50年代中期开始用于水中的添加剂。这种淬火剂的冷却能力介于水、油之间,改变其浓度可调节冷却速度。只要稍稍改变溶液的浓度,就可使PVA溶液的冷却能力发生变化,当质量分数低于0.01%,在室温下的冷却能力,就与纯水有区别。如此小的浓度变化,即可引起性能很大的差异,因此,控制浓度极为重要,往往需要特殊的控制测量仪表。

聚二醇(PAC)是具有逆溶性的高分子聚合物,易溶于水。当溶液温度升到它的浊点以上时,原来溶解的PAG会突然脱溶。淬火时,脱溶的一部分PAG会粘附在工件表面上,形成一层含水的聚合物包膜,从而增加对工件的隔温性,并影响工件的淬火冷却特性。由于工件的热量只有通过包膜才能散发出去,因此,这层包膜可以减慢淬火冷却速度,包膜越厚,冷却速度越慢。淬火工件的包膜可通过改变PAG的浓度来调节,从而改变工件的冷却速度。PAG淬火介质的折光率大,可以用手提式折光仪方便地进行浓度控制。