摘 要：淬火介質是熱處理工藝中不可或缺的技術因素。不同的淬火介質在使用的過程中因其不同的物理和化學特性,會導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。在淬火介質的選用過程中,應當從介質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。
關鍵詞：淬火介質；介質特性；淬火介質實驗
一、常用淬火介質的分類和選用要求
1、淬火介質的分類
經過長期的研制和實踐,很多種材料別利用成為了淬火介質。目前金屬熱處理行業使用的主要淬火介質有以下幾類: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。這些淬火介質有著不同的物理和化學特性,在使用中應根據不同的材料而選定。
2、淬火介質的選用要求
1)對淬火介質重要的要求是淬火能力和冷卻能力,淬火介質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致零件的截面溫差,這就導致了組織應力的增大,這樣就導致了零件的表面開裂。所以淬火介質的選取條件是冷卻速度應當適合不同的零件。
2)在淬火介質的選取時,應當要注意適用范圍足夠廣泛,可以滿足企業加工零件材質的基本要求,不需要進行頻繁的更換介質類型。而且要結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、不腐蝕、不粘接零件。
二、主要的淬火介質特性
1、水
水是常見的淬火介質,常用的溫度是15-30度,根據需要也會使用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,產生蒸發,這時如果冷卻的應力分布不均就會產生裂紋。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,這幾個區間內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制劑來改變水的冷卻能力。其中,降低蒸汽膜穩定性的無機鹽可以使水的冷卻疏導提高,提高蒸汽膜穩定性的物質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
從上面對水介質的介紹可以看出,水介質有著不可避免的缺陷,所以在對其淬火性質的改進方面一直在進行著改進,同時為了節約石油資源人們開始利用水基淬火介質來代替淬火油,這時水溶性淬火介質就進入了熱處理工藝中。其優點如下:1)生產和環保方面的優點,粘度低,淬火時帶出量小,而且利用水的蒸發。2)水溶性淬火介質,無毒沒有淬火油煙、沒有火災隱患,及改善了工作的環境,也保證了工人的健康,比熱性高,減少淬火時的介質升溫,生產效率高。3)在零件淬火之前不需要進行清理,簡化了工序,設備簡單,降低了加工成本,節約了資金。4)技術層面,這樣的淬火介質冷卻速度是可以調整的,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。這樣的淬火介質在對零件的處理時,可以針對不同的零件調整冷卻的速度,這樣就避免了零件應力差異而導致的變形和開裂。
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零件內部的應力平衡,大大的減小了零件表面的開裂和變形。其特征如下:
從淬火油的分子結構看,其分子質量高于水,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,且形成的膜穩定性高,當溫度降低到300-500度時,膜的穩定性開始下降,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℃的溫度范圍內持續存在沸騰階段。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進行,在N32專用機械油中,對流熱交換從大約350℃開始而持續到環境溫度,而水中淬火是從低于100℃開始而持續到環境溫度。從實驗的曲線可以看出,冷卻速度差值出現在低溫時,例如在200℃時,水的冷卻速度相當于礦油冷卻速度的28倍。在高于350℃和低于100℃的較寬的溫度范圍內,水的冷卻速度仍然比有的冷卻速度快。
三、常用的淬火介質的試驗
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作用的主要的指標就是硬度。實驗的目的考察淬火介質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的淬火能力的評定,以此考察淬火介質對零件表面的影響。
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導致變形的特定情況。
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