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淬火冷卻介質(zhì)選用
2024-03-12淬火是熱處理工藝中關(guān)鍵的工序,它決定淬火件的內(nèi)在質(zhì)量及畸變。淬火冷卻技術(shù)自始至終伴隨著熱處理技術(shù)的發(fā)展而不斷地進步。
01 影響淬火冷卻介質(zhì)冷卻性能的因素
影響淬火冷卻介質(zhì)冷卻性能的因素很多,概括起來有如下9種。
(1)溫度
淬火冷卻介質(zhì)的溫度不同,其冷卻能力也不同。水和水基淬火冷卻介質(zhì)隨溫度的升高冷卻能力下降,而油、鹽浴則相反,隨著溫度的升高,流動性好,利于散熱,冷卻能力提高,因此把握好具體工件的冷卻溫度很重要。
(2)表面張力
表面張力大小直接影響冷卻速度,一般地講表面張力小的淬火冷卻介質(zhì)與淬火件表面接觸親密,因而散熱快,冷卻能力提高。
(3)攪拌
攪拌會增大淬火冷卻介質(zhì)換熱系數(shù),盡早破壞蒸氣膜,提高冷卻速度,并使淬火件冷卻均勻。
(4)熱導(dǎo)率
熱導(dǎo)率也稱熱傳導(dǎo)系數(shù),表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能的物理量,熱導(dǎo)率越大,其冷卻能力越強。
(5)比熱容
淬火冷卻介質(zhì)的比熱容越大,其冷卻速度就越大。
(6)粘度
粘度表征液性流動時,液體分子間呈現(xiàn)出的內(nèi)部摩擦力。粘度大的淬火冷卻介質(zhì)流動性差,不利于對流散熱,其冷卻能力就差,反之,粘度小者冷卻效果就好。
(7)汽化熱
汽化熱是指單位質(zhì)量的液體完全變成同溫度的氣體所需要的熱量。水的化學(xué)穩(wěn)定性很高,熱容量較大,在室溫為鋼的8倍,水的沸點低,其汽化熱隨溫度的升高而降低,水隨溫度的升高,冷卻能力急劇下降,但水溫升到80℃以后,其冷卻能力幾乎沒有什么變化,淬火烈度維持在0.72左右。
(8)添加劑
加入添加劑的目的是改變冷卻性能,如在水中加少量鹽或堿,其冷卻能力會提高數(shù)倍。水中加入聚乙烯醇,會在淬火件表面形成極薄的塑料膜,它的導(dǎo)熱性差,降低冷卻速度。水中有油、肥皂等形成的懸濁液或乳濁液,會加速蒸汽膜的形成,增加蒸汽膜的穩(wěn)定性,使冷卻能力降低。另外,人們?yōu)榱烁淖兇慊鹄鋮s介質(zhì)的其他性能,往往有意識地加入氧化劑、光亮劑、防銹劑、防腐劑等會不同程度地影響冷卻性能。添加劑的加入,一般都會收到一舉多得的效果。
(9)環(huán)境
環(huán)境對冷卻能力的影響往往不被人們注意,同樣同溫的介質(zhì),冬天、夏天的冷卻效果有異,白天、晚上淬火效果各不同。
02 選擇淬火冷卻介質(zhì)的基本原則
大量現(xiàn)實告訴人們,許多熱處理質(zhì)量事故與淬火冷卻介質(zhì)有關(guān),如果選用不當或操作失誤,都會造成淬火件廢品。因此,用對淬火冷卻介質(zhì)是確保產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件。不管選用何種淬火冷卻介質(zhì),都應(yīng)該得到統(tǒng)一的淬火效果:
①獲得高而均勻的表面硬度和足夠的淬硬深度。
②不能淬裂。
③淬火畸變小。根據(jù)淬火件的熱處理技術(shù)要求、材料、形狀等具體情況選配相應(yīng)的淬火冷卻介質(zhì),歸納以下5條基本原則:
(1)根據(jù)碳含量高低
碳是一切鋼中重要的元素,碳含量的高低不僅影響到鋼的各種性能,同時對淬火效果也有影響。對于碳素鋼,其碳含量≤0.5%(質(zhì)量分數(shù),以下同)多選鹽水、堿水、有機溶劑等;對于中低合金結(jié)構(gòu)鋼往往采用雙液淬火或冷卻速度相對緩慢的介質(zhì);對于碳素工具鋼,因熱處理要求高而淬透性差,因此多采用堿浴、硝鹽浴分級淬火,很少采用油冷。
(2)根據(jù)鋼的淬透性
從鋼的“C”曲線分析,淬透性差的鋼要求的冷卻速度要快。相反,淬透性好的鋼冷卻速度則慢些。根據(jù)鋼的淬透性選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)是明智之舉。
(3)根據(jù)工件的有效直徑
每種鋼有一個臨界淬火直徑,當淬火件表面冷到Ms點,立即大幅減慢介質(zhì)的冷卻速度,則工件內(nèi)部的熱量向淬火冷卻介質(zhì)散發(fā)的速度也大幅減慢,工件表面一定深度以內(nèi)的過冷奧氏體就很難冷到Ms點以下。當淬火件比較厚大時,為得到足夠的淬硬層深度,應(yīng)選用較快的低溫冷卻速度。相反,工件薄小時,則可用低溫冷速小的淬火冷卻介質(zhì)。再從允許的冷速分布曲線上看,厚大的工件允許高速冷卻,薄小的工件應(yīng)低速冷卻。
(4)根據(jù)淬火件的復(fù)雜程度
先從允許的冷卻速度分布曲線上分析,形狀復(fù)雜的工件,尤其是內(nèi)孔或較深凹面的工件,為減少淬火畸變及需要將內(nèi)孔也淬硬時,應(yīng)選用蒸汽膜階段較短的淬火冷卻介質(zhì)。相反,形狀相對簡單的工件,則可以使用蒸汽膜階段稍長的淬火冷卻介質(zhì)。再從允許的冷卻速度分布曲線看,形狀復(fù)雜的工件允許的冷速低,而形狀簡單的工件允許的冷速高。
(5)根據(jù)允許的變形量
淬火件要求畸變小,應(yīng)當有較窄的冷卻速度帶,而允許的畸變量較大時,可以有寬的冷卻速度帶。允許的冷卻速度帶寬的,可以采用一般能達到淬火硬度的介質(zhì)。用等溫淬火或分級淬火可以縮短工件的冷卻速度帶。
由于工件種類繁多,熱處理要求各異,淬火冷卻介質(zhì)層出不窮,同種工件淬不同介質(zhì)也得到同值的表面硬度,因此給選擇淬火冷卻介質(zhì)帶來一定難度。本著經(jīng)濟、合理的原則,選擇相對理想的淬火冷卻介質(zhì)。
來源:網(wǎng)絡(luò)
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