不同淬火介质对零件表面处理的影响

摘　要：淬火介质是热处理工艺中不可或缺的技术因素。不同的淬火介质在使用的过程中因其不同的物理和化学特性,会导致零件各种性能的改变,主要影响零件的金相组织改变、表面的开裂和变形等。在淬火介质的选用过程中,应当从介质特性和零件特性两方面共同考量,以保证零件表面淬火后的完整和硬度要求。

关键词：淬火介质；介质特性；淬火介质实验

一、常用淬火介质的分类和选用要求

1、淬火介质的分类

经过长期的研制和实践,很多种材料别利用成为了淬火介质。目前金属热处理行业使用的主要淬火介质有以下几类:1)水;2)盐水;3)熔盐;4)植物油;5)矿物油:其中有掺和油、快速油、超速油、热油、光亮油等等。这些淬火介质有着不同的物理和化学特性,在使用中应根据不同的材料而选定。

2、淬火介质的选用要求

1)对淬火介质重要的要求是淬火能力和冷却能力,淬火介质的冷却能力是保证零件可以按照大于临界淬火冷却速度来实现冷却,在零件的尺寸一定的时候,冷却的速度越快,就可能获得更大的淬硬深度。但是如果冷却速度够快就会导致零件的截面温差,这就导致了组织应力的增大,这样就导致了零件的表面开裂。所以淬火介质的选取条件是冷却速度应当适合不同的零件。

2)在淬火介质的选取时,应当要注意适用范围足够广泛,可以满足企业加工零件材质的基本要求,不需要进行频繁的更换介质类型。而且要结合零件的尺寸来减小淬火的变形和开裂的倾向。另外,要保证不变质、不腐蚀、不粘接零件。

二、主要的淬火介质特性

1、水

水是常见的淬火介质,常用的温度是15-30度,根据需要也会使用50-80度的水。水的特性是,在淬火的过程中介质与零件表面接触的一层由于水的沸点原因,总是加热到100度,产生蒸发,这时如果冷却的应力分布不均就会产生裂纹。具体的特性是:1)在淬火的整个过程中温度的范围可以满足从800度-室温的冷却工艺。2)淬火过程中在不同的温度区间冷却的效果是不均匀的,即在800-400度、400-100度、100-室温,这几个区间内冷却速度有着明显的差别。3)水的冷却能力水温度的变化而剧烈改变这是水介质的一个主要的缺陷,所以在目前的使用过程中,一般都采用往水中加入少量化学制剂来改变水的冷却能力。其中,降低蒸汽膜稳定性的无机盐可以使水的冷却疏导提高,提高蒸汽膜稳定性的物质主要是各种有机的聚合物,以此降低水的冷却速度,不同的聚合物有不同的冷却特性,对此将在下面进行介绍。

2、水溶性淬火介质

从上面对水介质的介绍可以看出,水介质有着不可避免的缺陷,所以在对其淬火性质的改进方面一直在进行着改进,同时为了节约石油资源人们开始利用水基淬火介质来代替淬火油,这时水溶性淬火介质就进入了热处理工艺中。其优点如下:1)生产和环保方面的优点,粘度低,淬火时带出量小,而且利用水的蒸发。2)水溶性淬火介质,无毒没有淬火油烟、没有火灾隐患,及改善了工作的环境,也保证了工人的健康,比热性高,减少淬火时的介质升温,生产效率高。3)在零件淬火之前不需要进行清理,简化了工序,设备简单,降低了加工成本,节约了资金。4)技术层面,这样的淬火介质冷却速度是可以调整的,通过不同的水溶物来满足不同的零件、材料的要求,可以提供某些材料淬火后的机械性能;与淬火油相比对渗入的微量水分不敏感,冷速几乎不变。这样的淬火介质在对零件的处理时,可以针对不同的零件调整冷却的速度,这样就避免了零件应力差异而导致的变形和开裂。

3、淬火油

淬火油的使用是利用其作为淬火介质主要看中的是淬火油的冷却性能比较平缓,可以在淬火降温的过程中实现零件内部的应力平衡,大大的减小了零件表面的开裂和变形。其特征如下:

从淬火油的分子结构看,其分子质量高于水,沸点更高。两者之间的沸点差在150-300度之间。矿物油达到沸点的时候,还会有少量的矿物油分子发生分解,油的蒸汽膜阶段是在较高的温度下形成的,一般为450-750度,且形成的膜稳定性高,当温度降低到300-500度时,膜的稳定性开始下降,直到临末消失。

在矿油中淬火时蒸气膜的破裂机理与在水中淬火时一样。同样,油的持续沸腾的温度范围比水窄。例如,在N32专用机械油沸腾温度大约为750～500℃,而水可在750～100℃的温度范围内持续存在沸腾阶段。零件在油中淬火冷却时,对流热交换在比较宽的温度范围内进行,在N32专用机械油中,对流热交换从大约350℃开始而持续到环境温度,而水中淬火是从低于100℃开始而持续到环境温度。从实验的曲线可以看出,冷却速度差值出现在低温时,例如在200℃时,水的冷却速度相当于矿油冷却速度的28倍。在高于350℃和低于100℃的较宽的温度范围内,水的冷却速度仍然比有的冷却速度快。

三、常用的淬火介质的试验

1、硬度试验

淬火是改变零件淬硬和改善金相组织的主要方式,所以在评定淬火介质作用的主要的指标就是硬度。实验的目的考察淬火介质的冷却能力和零件的淬硬性和淬透性。所以在硬实验中通过对淬火硬度值来补充对淬火介质的淬火能力的评定,以此考察淬火介质对零件表面的影响。

2、开裂和变形实验

淬火过程中主要的问题就是零件表面开裂的问题,这一实验可以在淬火介质大量使用前,模拟淬火的实际工艺,以此来考察淬火试样在不同的温度和冷却条件下的开裂情况,并以此来评定淬火介质的实际性能。变形实验和开裂实验相似,都是利用模拟实验来测试淬火介质导致变形的特定情况。

参考文献:

1.祝虎侠.热处理淬火介质的选择及其应用[J].经营管理者,2009,(18).

2.喻兴娟.淬火介质的冷却[J].金属加工(热加工),2009,(05).

3.刘强,石伟.水空交替淬火过程的数值模拟[J].大型铸锻件,2009,(04).

4.许淑.热处理淬火介质特性试验[J].中国铸造装备与技术,2009,(06).

5.李卫秋.水溶性淬火介质[J].热加工工艺,2009,(6).

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