淬火冷卻介質(zhì)的特性曲線及應(yīng)用

1、冷卻特性曲線的說明 淬火介質(zhì)的冷卻過程分三個階段：蒸汽膜階段、沸騰冷卻階段、對流冷卻階段（見下圖所示）。用符合ISO9950標(biāo)準(zhǔn)的ivf冷卻特性測試儀測出的冷卻特性曲線（如下圖）有幾個特征值對淬火油的淬硬能力有重要影響。第一個是油蒸汽膜冷卻階段向沸騰冷卻階段轉(zhuǎn)變的溫度，即圖中A點(diǎn)對應(yīng)的溫度，叫做（上）特征溫度;第二個是出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度，即圖中B點(diǎn)對應(yīng)的溫度;第三個是最高冷卻速度值，即B點(diǎn)對應(yīng)的冷卻速度值;第四個是對流開始溫度，即C點(diǎn)對應(yīng)的溫度。如何從冷卻特性選用淬火介質(zhì) 熱處理淬火介質(zhì)，用的首先是它的冷卻性能。因此，在確定介質(zhì)的類別后，我們主張按介質(zhì)的冷卻特性來選擇介質(zhì)的品種。比如，當(dāng)我

2、們確定應(yīng)當(dāng)選用快速淬火油后，具體的品種就應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件特點(diǎn)和熱處理要求從油的冷卻速度分布上去選。 不管選用何種淬火介質(zhì)，大致都可以按以下五條原則進(jìn)行選擇。 一看鋼的含碳量多少 含碳量低的鋼有可能在冷卻的高溫階段析出先共析鐵素體，其過冷奧氏體最易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的溫度（即所謂鼻尖位置的溫度）較高，馬氏體起點(diǎn)（Ms）也較高。因此，為了使這類鋼制的工件充分淬硬，所用的淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有較短的蒸汽膜階段，且其出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度應(yīng)當(dāng)較高。相反，對含碳量較高的鋼，淬火介質(zhì)的蒸汽膜階段可以更長些，出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度也應(yīng)當(dāng)?shù)托?二看鋼的淬透性高低淬透性差的鋼要求用冷卻速度快的淬火介質(zhì)，淬透性好的鋼則可以用冷

3、卻速度慢一些的介質(zhì)。通常，隨著鋼的淬透性提高，過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的“C”曲線會向右下方移動。所以，對淬透性差的鋼，選用的淬火介質(zhì)出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度應(yīng)當(dāng)高些；而淬透性好的鋼則低些。有些淬透性好的鋼過冷奧氏體容易發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，要避開其貝氏體轉(zhuǎn)變，也要求有足夠快的低溫冷卻速度。 三看工件的有效厚度大小如果工件的表面一冷到Ms點(diǎn)，就立即大大減慢介質(zhì)的冷卻速度，則工件內(nèi)部的熱量向淬火介質(zhì)散失的速度也就立即放慢，這必然使工件表面一定深度以內(nèi)的過冷奧氏體冷不到Ms點(diǎn)就發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變，其結(jié)果，淬火后工件只有很薄的馬氏體層。由于這樣的原因，當(dāng)工件比較厚大時，為得到足夠的淬硬深度，所用淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有較快的

4、低溫冷卻速度。而薄小的工件則可以選用低溫冷卻速度較慢的淬火介質(zhì)。 四看工件的形狀復(fù)雜程度形狀復(fù)雜的工件，尤其是有內(nèi)孔或較深凹面的工件，為減小淬火變形或需要把內(nèi)孔淬硬時，應(yīng)當(dāng)選用蒸汽膜階段較短的淬火介質(zhì)。這是因?yàn)椋瑑?nèi)孔或凹面內(nèi)部散熱較其它部位慢。工件的其它部位冷得快先進(jìn)入沸騰階段獲得快冷，而內(nèi)孔或凹面內(nèi)仍被蒸汽膜籠罩，冷得很慢。這種冷卻速度上的差異可能引起較大的淬火變形和凹面的硬度低下。解決這類問題的辦法是，選用蒸汽膜階段較短而冷卻速度又較快的淬火介質(zhì)。當(dāng)然，適當(dāng)加大內(nèi)孔與凹面內(nèi)的介質(zhì)流動速度，也有同樣的效果。相反，形狀簡單的工件則可以使用蒸汽膜階段稍長的淬火介質(zhì)。此外，工件的形狀越復(fù)雜，冷卻時

5、的內(nèi)應(yīng)力就越大。據(jù)此，形狀復(fù)雜的工件允許的最高冷卻速度較低，而形狀簡單的工件允許的最高冷卻速度則較高。 五看允許的變形大小從解決變形問題的硬度差異法推知，變形要求小的，淬火冷卻中必須有較窄的冷卻速度帶；而允許的變形較大的，可以有較寬的冷卻速度帶。允許的冷卻速度帶寬的，采用能得到其淬火硬度要求的介質(zhì)，往往就能滿足變形要求。允許的冷卻速度帶特別窄的，必須采用能大幅度縮短工件冷卻速度帶的淬火方法。在能縮短工件冷卻速度帶的方法中，最簡單和有效的是做等溫(或分級)的淬火。等溫分級淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具備的特性，首先是蒸汽膜階段短，且液溫變化對冷卻特性的影響小；其次是較厚大的工件應(yīng)當(dāng)選用冷卻速度快的淬火介質(zhì)，而較

6、小的工件則應(yīng)當(dāng)選用冷卻速度較慢的介質(zhì)。 生產(chǎn)中要處理的工件多種多樣。不同工件對淬火介質(zhì)冷卻特性的要求可能相容，即可以用同一種淬火介質(zhì)；但也可能不相容，即找不到共同適用的淬火介質(zhì)。因此，企圖尋找“一種理想的淬火介質(zhì)，能同時適用所有不同工件的不同要求”就如同想尋找一種藥物來包治百病一樣是不現(xiàn)實(shí)的，至少當(dāng)前是如此。 淬火油的使用和維護(hù)1 整槽使用新油注意事項(xiàng)在倒入新油前必須認(rèn)真檢查清理好淬火油槽、冷卻系統(tǒng)和儲油箱。殘存的水、油泥和其它渣滓都應(yīng)清理干凈。如果是在舊的油槽系統(tǒng)中改進(jìn)新油，還應(yīng)當(dāng)把淬火油槽中油面以上槽壁和各種框架上的油污鏟除清理干凈。如果原來的油渣和污泥混入新油中，不僅影響油的光亮性還可能

7、改變油的冷卻特性。因此，清理工作應(yīng)當(dāng)做得比使用新油槽更徹底些。 整槽注滿新油之后，一般不宜馬上就用于淬火。淬火油在生產(chǎn)、運(yùn)輸和傾倒過程中，總會帶入少量空氣。淬火油中溶解的空氣和分散存在的氣泡都會降低淬火油高溫階段的冷卻速度；應(yīng)當(dāng)加以去除。氣體在油中的溶解度是隨油溫的提高而降低的。提高油溫可以降低油的粘度而有利于氣泡上浮。因此，可以用提高油溫的辦法來去除新油中的氣體。粘度低的冷油，如今禹Y15系列油一般用80的油溫，保溫循環(huán)二至三天。粘度高的油，如今禹Y35系列熱油，必須把油加熱到約120到140保溫循環(huán)三到五天。2 關(guān)于油的使用溫度本說明書對所有的淬火油都規(guī)定了允許和推薦的使用溫度范圍。在規(guī)定

8、的范圍內(nèi)，可根據(jù)實(shí)際情況確定使用溫度。適當(dāng)提高油溫可以降低油的粘度，從而使油的淬火冷卻能力稍有提高。油溫過高，因與工件的溫差減小，又會使冷卻能力有所降低。油溫高，油的氧化變質(zhì)快；油溫低，油的氧化變質(zhì)則慢。淬火油的循環(huán)冷卻系統(tǒng)應(yīng)保持良好的狀態(tài)，使能把淬火油的溫度穩(wěn)定在要求的范圍。同時，為延長油的使用壽命，應(yīng)少用過高的油溫。 3 淬火油的攪動良好的攪動可避免局部油溫過高，使槽中各部分的油溫趨于均勻。 攪動能提高工件和淬火油之間的相對流速，從而提高油的冷卻能力。 攪動裝置的設(shè)置、工件的裝掛方式等，都應(yīng)盡量使同批淬火的不同部位的工件都獲得基本相近的油溫。部分工件或工件的局部相對流速過高或過低，都會對淬

9、火冷卻的均勻性產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)然，和水性淬火介質(zhì)相比，這種影響的程度要小很多。 4 油的污染和防范淬火油的污染來源包括：外來的污染，如工件帶入的氧化皮、冷卻器滲漏而進(jìn)入的水以及從外部來的其它物質(zhì)；自身污染，在使用中不能自動排出而留在油中的氧化變質(zhì)產(chǎn)物；再加上外來污染物與淬火油及其污染物發(fā)生反應(yīng)后殘存的產(chǎn)物。 內(nèi)外污染物的積累會使油的顏色、透明程度、粘度、閃點(diǎn)、殘?zhí)己退嶂档戎饾u發(fā)生變化。這種變化過程就是淬火油的變質(zhì)過程。在變質(zhì)造成的影響中，與工件的熱處理效果關(guān)系最大的是油冷卻特性的變化和工件淬火后光亮性的變差。冷卻特性的變化往往使相同工件的淬火硬度、淬硬深度和變形情況改變。 防止和減小外來污染

10、、合理使用和管理好淬火油、做定期過濾都可以減緩油的變質(zhì)和變質(zhì)的影響。延長淬火油的使用壽命。對因變質(zhì)污染較嚴(yán)重，以至于工件淬火硬度和變形等達(dá)不到要求的淬火油，還可以做去污處理，以清除其中大部分的污染物，使油的冷卻能力得以恢復(fù)。北京華立精細(xì)化工公司已給多家工廠做過這項(xiàng)去污處理，去污后油的冷卻能力都得到很大提高，大大延長了油的使用壽命。如何從冷卻特性選用淬火介質(zhì)選擇淬火介質(zhì)，應(yīng)當(dāng)同時兼顧到對介質(zhì)冷卻特性、穩(wěn)定性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保等方面的要求。在這些要求中，最重要的是介質(zhì)的冷卻特性。本文將以推理方式入手，通過分析討論，提出一套從冷卻特性選擇淬火介質(zhì)的可實(shí)用的原則方法。 鋼件淬火冷卻，希望的效果有

11、三：1獲得高而且均勻的表面硬度和足夠的淬硬深度；2不淬裂；3淬火變形小。選好用好淬火介質(zhì)是同時獲得這三項(xiàng)效果的基本保證。當(dāng)前，國內(nèi)外多以國際標(biāo)準(zhǔn)方法（ISO9950）測定，并用冷卻速度曲線來表征淬火介質(zhì)的冷卻特性。但是，對特定工件（即在鋼種、形狀大小和熱處理要求一定）的情況下，如何從冷卻特性上去選擇合適的淬火介質(zhì)？在生產(chǎn)現(xiàn)場，一個淬火槽中往往要淬多種不同鋼種、形狀、大小和熱處理要求的工件。在這種情況下，如何選定它們共同適用的一種淬火液？一般的熱處理車間，為滿足所有工件的熱處理要求，應(yīng)當(dāng)配備幾種淬火液？關(guān)于這類實(shí)際生產(chǎn)需要解決的問題，至今研究很少。有人1、2做過一些工作，但都提不出系統(tǒng)實(shí)用的原則

12、方法。本文以過去工作為4、6基礎(chǔ)，從討論實(shí)際生產(chǎn)中一些工件油淬不硬而水淬又裂入手，通過推理和實(shí)例分析，提出了對特定工件按冷卻速度分布選擇淬火介質(zhì)的方法，并進(jìn)而確定了能供多種工件淬火的一種淬火液的選擇原則。 1 特定工件淬火的最低和最高冷卻速度分布線從普通機(jī)油和自來水的冷卻速度分布（如圖1）可以看出，普通機(jī)油的冷卻速度慢，因而不少工件在其中淬不硬；而自來水的冷卻速度又太快，以致于多數(shù)鋼種不能在其中淬火。在圖中，自來水和普通機(jī)油之間有一個寬廣的中間地帶，只有普通機(jī)油和自來水的工廠，時常會遇到一些工件油淬不硬而水淬又裂的麻煩，原因就在這里?？梢酝浦?，對于一種這樣的工件，如果將機(jī)油的冷卻速度提高，該工

13、件淬火硬度也會相應(yīng)提高。我們假定，當(dāng)機(jī)油的冷卻速度提高到圖2中帶齒線水平時，該工件剛好可以得到要求的淬火硬度。無疑， 冷速更高，淬火硬度還將進(jìn)一步提高。我們把它叫做允許的最低冷速分布線。同時，研究表明，自來水引起淬裂和變形，是自來水冷卻太快，尤其是鋼件冷到其過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍時受到的冷卻太快的緣故。于是又可以推知，如果能降低自來水的冷卻速度，尤其是在工件冷到較低的溫度以后的淬火冷卻速度，就可以減小工件淬裂的危險。假定自來水冷卻速度降到圖3中帶齒線所示的水平時，該類工件便不會再淬裂了，我們把這條線叫做此工件已確定條件下允許的最高冷速分布線。把圖2和圖3合在一起，可以得到該工件能同

14、時獲得前述三項(xiàng)淬火效果的淬火介質(zhì)的冷卻速度分布范圍，如圖4所示。圖中，只要所選的淬火介質(zhì)的冷卻速度分布曲線能全部落入這兩條曲線之間的區(qū)域內(nèi)，不管是快速淬火油還是水溶性淬火液，也不管這些淬火介質(zhì)的冷卻速度分布有何不同，上述工件在其中淬火都可以同時獲得所希望的淬硬而又不裂的效果。從另一角度說，有兩種不同的淬火介質(zhì)，它們的冷卻速度分布有較大的差別。比如一種冷卻速度快，快到接近允許的最高冷卻速度線的水平，而另一種冷卻速度慢，慢到接近圖中最低冷卻速度線的水平。但由于二者的冷卻速度的分布都在允許的區(qū)域內(nèi)，因而，二者都可以選用。或者說，對上述工件淬火冷卻而言，二者能同樣獲得滿意的淬火效果。事實(shí)上，淬火冷卻過

15、程在使鋼淬硬的同時，還會使工件發(fā)生一定程度的淬火變形。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，淬火冷卻越快，工件的淬火硬度越高，淬火變形也越大；淬火冷卻慢，淬火態(tài)硬度不高，工件的淬火變形就越小。但是，實(shí)際的情況是大多數(shù)和比較大的淬火變形是由淬火冷卻偏慢，工件淬火硬度不足引起的。只有少數(shù)和較小的淬火變形是淬火冷卻偏快，淬火硬度偏高引起的。由于這樣的原因，本文把淬火硬度高低和淬火變形大小結(jié)合起來加以考慮。 本文作者在解決淬火變形問題的新方法5一文中，把鋼的頂端淬火曲線改成鋼的硬度-冷速曲線，如圖5所示。由鋼件的淬火硬度，可以從圖上確定一個冷卻速度值（指能獲得該淬火態(tài)硬度的效果冷卻速度）。根據(jù)特定工件淬火后的開裂、變形和硬

16、度情況，圖5中把冷卻速度四個區(qū)，分別為過快冷速區(qū)，適度冷速區(qū)，不足冷速區(qū)和過慢冷速區(qū)，表中列出了工件獲得的冷速在這些區(qū)域內(nèi)的淬火效果。 可以看出，只有在第II，即適度冷速區(qū)冷卻，工件淬火后才能獲得希望的淬火三效果。 分區(qū)名稱區(qū)內(nèi)淬火效果I區(qū)過快冷速區(qū)硬度高、淬裂、變形II區(qū)適度冷速區(qū)硬度高而均勻、無淬裂、變形小III區(qū)不足冷速區(qū)硬度不足且高低不均，變形大IV區(qū)過慢冷速區(qū)完全未淬硬，變形小圖5 按淬火冷卻速度大小將端淬曲線分成四個區(qū)接著，該文又將已發(fā)生淬火變形，開裂以及硬度不足的工件參與淬火變形部位中冷卻速度的最高值和最低值所劃定的范圍叫做該工件淬火時的冷卻速度帶。根據(jù)實(shí)際工件的情況和淬火方法之

17、不同，這種冷卻速度帶有寬有窄。工件上各部位獲得的冷卻比較均勻時，其冷卻速度帶就比較窄；當(dāng)工件上各部位獲得的冷卻很不均勻時，其冷卻速度帶就比較寬。在工件的硬度-冷速曲線上，寬的冷卻速度帶容易跨越不同的冷卻速度區(qū)，而窄的冷卻速度帶則往往落入某一冷速區(qū)之內(nèi)。由于冷卻速度帶進(jìn)入第I冷速區(qū)會發(fā)生淬裂和變形，而進(jìn)入第III冷速區(qū)會硬度不足且變形嚴(yán)重，因此，只有使工件的冷卻速度帶完全落入其第II冷速區(qū)，才能獲得希望的淬火三效果。根據(jù)這樣的道理，該文提出的解決淬火變形的方法和措施，都是使冷卻速度帶伸出第II區(qū)的部分完全移入第II冷速區(qū)。 用上述分析和解決淬火變形問題的方法來認(rèn)識圖4中劃定的區(qū)域，容易看出，淬火

18、時，進(jìn)入最低冷速分布曲線以左的區(qū)域，就會出現(xiàn)硬度不足并發(fā)生較大的淬火變形；而若進(jìn)入最大冷速分布曲線以右的區(qū)域，又會發(fā)生淬裂。于是，可以按工件的淬火效果，把圖4中兩條曲線分割成三個區(qū)域，從左到右分別定為第III（即不足）冷速分布區(qū)；第II（即適度）冷速分布區(qū)以及第I（即過快）冷速分布區(qū)，如圖6所示。本文把這樣的圖線叫作工件淬火效果-冷卻速度分布圖線。 分區(qū)名稱區(qū)內(nèi)淬火效果I區(qū)過快冷速區(qū)硬度高、淬裂、變形II區(qū)適度冷速區(qū)硬度高而均勻、無淬裂、變形小III區(qū)不足冷速區(qū)硬度不足且高低不均，變形大圖6 工件的淬火效果-冷卻速度分布分區(qū)圖2 兩例分析及選擇冷速分布的五原則 例一、某廠在進(jìn)口的多用爐中對該廠

19、生產(chǎn)的汽車齒輪進(jìn)行滲碳淬火，開始選用的是美國某公司的一種分級淬火油。一年多以后，開始發(fā)現(xiàn)滲碳淬火態(tài)齒輪的淬火硬度有明顯降低，同時淬火變形也增大。在排除其它因素的影響之后，發(fā)現(xiàn)所用的分級淬火油的冷卻速度分布與該種新油有較大區(qū)別，如圖7所示。和未經(jīng)使用的新油相比，使用一年多（中間做正常補(bǔ)充）后的舊油，蒸氣膜階段變短、最高冷速增大、且出現(xiàn)最高冷速的溫度大有提高。如果按過去較普遍的說法，圖7中的舊油是符合高溫冷得快，低溫冷得慢的更理想的淬火油。但在這樣的舊油中淬火效果卻是變形更大，硬度偏低，不如比它不理想的新油。 用圖6圖線所示的方法來分析該廠出現(xiàn)的問題，又可以畫出圖8所示的圖線：舊油在中低溫階段冷速

20、低于新油，以至在這一階段使其冷卻速度曲線進(jìn)入了第III（即不足）冷速區(qū)，所以淬火硬度偏低。北京華立精細(xì)化工公司對該廠舊油進(jìn)行了改性添加，使該廠舊油的冷卻速度分布的中低溫階段冷速提高，達(dá)到稍高于原用油新油的水平。生產(chǎn)應(yīng)用表明，在經(jīng)過這樣改性的舊油中淬火后，齒輪的淬火硬度明顯提高，變形量也小于或等于原用新油。 例二、遼寧某彈簧廠的一條生產(chǎn)線上發(fā)生過一次這樣的問題：一向正常的生產(chǎn)線上，突然發(fā)生鋼板淬火硬度偏低，變形增大事故。在尋找原因的那些天里，板簧淬火硬度又有降低，變形也進(jìn)一步增大。當(dāng)該廠意識到可能是淬火油有問題后，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)上述淬火硬度不足和變形過大的原因是淬火油冷卻系統(tǒng)有一處管壁破裂，冷卻水

21、滲透進(jìn)去并部分乳化在油中造成的。乳化進(jìn)油中的水量高達(dá)4%。圖9是該廠已進(jìn)水的舊油和無水的新油之冷卻速度對比。含水舊油的GM時間遠(yuǎn)高于新機(jī)油，只因其蒸氣膜階段太長，在高溫階段進(jìn)入了第冷速分布區(qū)，因而引起淬火硬度低、變形大。對該油進(jìn)行除水處理后，舊油中的水被分離和排除，油的冷卻能力又得到了恢復(fù)。 從以上兩個例子中可以看出，評價液體淬火介質(zhì)的冷卻能力高低，不能簡單地看它的總的冷卻烈度（H），也不能簡單地看它使特定鎳球從850冷到300所需的時間（GM），而應(yīng)當(dāng)看供選擇的淬火介質(zhì)的冷速分布與工件及其鋼種的關(guān)系。關(guān)于從淬火介質(zhì)的冷速分布作選擇的原則，本文作者曾做過探討4，再歸納實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下五

22、項(xiàng)選擇原則： 一看鋼的含碳量多少先從允許的最低冷卻速度分布曲線上看。含碳量低的鋼，因有可能析出先共析鐵素體，且它的過冷奧氏體最易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的溫度（即所謂鼻尖位置的溫度）較高，馬氏體起點(diǎn)（Ms）也較高，為了使這類鋼制的工件充分淬硬，所用的淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有較短的蒸氣膜階段且出現(xiàn)最高冷速的溫度應(yīng)當(dāng)較高。相反，對含碳量較高的鋼，淬火介質(zhì)的蒸氣膜階段可以更長些，出現(xiàn)最高冷速的溫度也相應(yīng)應(yīng)當(dāng)?shù)托Ｔ購脑试S的最高冷速曲線上看：碳含量少的鋼允許的冷速高，碳含量多的鋼允許的冷速低。 二看鋼的淬透性高低先從允許的最低冷速曲線看，淬透性差的鋼，要求的冷卻速度快；淬透性好的鋼，要求的冷卻速度則慢些。同時，因隨著淬透

23、性的提高，鋼的C曲線會向右下方移動，所以對淬透性差的鋼，要求介質(zhì)出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度高些；而對淬透性好的鋼，要求介質(zhì)出現(xiàn)最高冷卻速度的溫度低些。有些淬透性好的鋼，過冷奧氏體也容易發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。要避開貝氏體轉(zhuǎn)變，也要求有足夠快的低溫冷卻速度。再從允許的最高冷卻速度值上看：淬透性低的鋼允許的冷速較高，而淬透性高的鋼允許的冷速較低。 三看工件的有效厚度工件表面一冷到Ms點(diǎn)，立即大大減慢介質(zhì)的冷卻速度，則工件內(nèi)部的熱量向淬火液散失速度也大大減慢，工件表面一定深度以內(nèi)的過冷奧氏體就很難冷到Ms點(diǎn)以下。其結(jié)果，淬火后工件只有很薄一層馬氏體組織。由于這樣的原因，當(dāng)工件比較厚大時，為得到足夠厚的淬硬層深度

24、，所用的淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有較快的低溫冷卻速度。相反，工件薄小時，則可用低溫冷速較小的淬火介質(zhì)。再從允許的最高冷速分布曲線上看，厚大的工件允許的冷速高，薄小的工件允許的冷速低。 四看工件形狀復(fù)雜程度先從允許的最低冷卻速度分布曲線上看，形狀復(fù)雜的工件，尤其是有內(nèi)孔或較深凹面的工件，為減小淬火變形或需要把內(nèi)孔淬硬時，應(yīng)當(dāng)選用蒸氣膜階段較短的淬火介質(zhì)。一般說工件內(nèi)孔或凹面內(nèi)部散熱較其它部位慢，工件其它部位冷得快，最先進(jìn)入沸騰階段而獲得快冷，而內(nèi)孔面尚處于蒸氣膜階段，冷卻速度尚很慢。這種冷卻上的差異可能引起這類工件較大的淬火變形和內(nèi)孔或凹面淬火硬度低下。解決這類問題的辦法是選用蒸氣膜階段較短的淬火介質(zhì)。適當(dāng)

25、加大內(nèi)孔部分介質(zhì)的流動速度，也有同樣的效果。相反，形狀簡單的工件，則可以使用蒸氣膜階段稍長的淬火介質(zhì)。再從允許的最高冷速分布曲線看，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。 五看允許的變形大小從分析解決變形問題的方法6推知，工件要求的變形小，淬火冷卻應(yīng)當(dāng)有窄的冷卻速度帶，而允許的變形較大的，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(dá)到淬火硬度要求的介質(zhì)。在能縮短工件冷卻速度帶的方法中，最簡單和有效的是做等溫（或分級）淬火7。等溫淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有的特性，首先是蒸氣膜階段短和液溫變化對冷速的影響小，其次，較厚大的工件應(yīng)當(dāng)選用冷卻速度快的介質(zhì)，而較魔小的工件則可以

26、選用冷速較慢的介質(zhì)。 工件種類繁多，對淬火介質(zhì)的要求是多種多樣的。不同工件的要求可能相容，也可能不相容。因此，尋找一種理想的淬火介質(zhì)，能同時適用所有不同的工件的想法，如同想尋找一種藥物來包治一切疾病一樣，是不現(xiàn)實(shí)的。 3 適用于多種工件的同一淬火介質(zhì) 前面的討論已說明，任何一種特定的工件都有自己淬火冷卻的最低和最高冷速分布曲線劃定的第II冷速分布區(qū)。當(dāng)要在同一種淬火液中淬多種不同的工件時，又如何選擇它們共同適用的一種淬火介質(zhì)呢？顯然，要能選出一種這樣的淬火介質(zhì)的先決條件，是這些工件淬火冷卻的第II區(qū)的交，即共同適用的第II區(qū)存在并且是連貫的。圖10是由兩種工件的第II冷速區(qū)確定它們共同適用的第

27、II冷速區(qū)的示意圖。無疑，它們共同的第II區(qū)必然小于（等于）諸工件中最小的一個第II區(qū)。 由于共同的第II區(qū)最狹小，生產(chǎn)現(xiàn)場選出共同適用的淬火介質(zhì)就不容易。 事實(shí)上，由于可用的淬火介質(zhì)就那么兩三種，加上又沒有做合理的選擇，不少工件的淬火質(zhì)量并不高，尤其是截面硬度分布往往達(dá)不到要求。 那么，如何選擇多種工件共同適用的同一種淬火介質(zhì)呢？利用本文前面談到的道理，下面將分別對淬火油和水性淬火劑加以研究，并提出它們各自適用的選擇原則。 3.1 淬火用油的選擇原則 淬火用油幾乎都是有較高閃點(diǎn)的礦物油，這些油的比熱約為自來水的1/2，導(dǎo)熱率約為自來水的1/4，對流開始溫度高，加上粘度遠(yuǎn)比水高，使淬火用油的冷

28、卻速度，尤其是低溫階段的冷卻速度遠(yuǎn)比水低。 由于這樣的原因，絕大多數(shù)工件在油中淬火（包括各種快速油中）沒有淬裂危險，而通常擔(dān)心的是油的冷卻速度較低，使較厚大的工件或淬透性稍低的鋼種達(dá)不到要求的淬火硬度和淬硬深度，并因此發(fā)生較 大的變形。 為此，選用淬火用油時，往往只從各種工件的最低冷卻速度分布曲線去加以考慮。 圖11是幾種工件要求的最低冷卻速度分布。顯然，只有當(dāng)選定的淬火油的冷卻速度分布曲線能從右邊將這幾種工件的最低溫度冷卻速度曲線包圍著，這幾種工件在其中淬火才能全部獲得淬火冷卻的三效果。 可以推知，一般說來，所選的油的蒸氣膜階段越短，對流開始溫度越低，且最高冷速越大，這樣的油的冷卻速度曲線可

29、能從右邊包圍的最低冷卻速度分布曲線就越多，即適用的工件（鋼種）越多。這就是適于多種工件的淬火油的選擇原則。 3.2 水溶性淬火液的選擇原則 在水（及水溶液）中淬火的主要危險是淬裂，而降低水性淬火液的300冷速則可以減小這種危險。水性淬火劑（液）的300冷速越低，防止淬裂的能力就越強(qiáng)，因而適用的鋼種和工件就越多5。如果將多種工件的最高冷速分布曲線畫在一起，同樣可以畫出它們共同的第II區(qū)的右邊界線，得到的也是這樣的結(jié)論。 當(dāng)水或水溶液液溫過高時，比如通常超過60后，淬火冷卻的蒸氣膜階段顯著增長，蒸氣膜相當(dāng)穩(wěn)定，這時用于工件淬火，冷卻速度曲線容易從上方進(jìn)入其第冷速區(qū)，從而引起淬火硬度不足和大的變形。

30、所以，使用水性淬火液應(yīng)當(dāng)控制好液溫，一般以平均液溫不超過60為宜。 當(dāng)淬火液的品種確定后，生產(chǎn)中還可以通過調(diào)節(jié)淬火液濃度、液溫和與工件的相對流速來改變工件淬火時的冷卻速度分布，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這方面的規(guī)律和方法可參考其它有關(guān)資料。 由上述分析可知，普通機(jī)油（如32號機(jī)油）冷卻能力并不高，卻可適于某些類工件淬火；普通自來水冷卻很快，卻仍可適于另外某些類工件淬火。由于在普通機(jī)油與自來水的冷卻速度分布曲線之間有很寬廣的空白地帶，只配備普通機(jī)油和自來水是不夠的。那么，一般機(jī)械廠的熱處理車間應(yīng)當(dāng)配備哪幾種淬火液，才能滿足大多數(shù)工件的淬火需要呢？根據(jù)前面的分析討論，建議為普通熱處理車間配備以下四種淬火液

31、（槽）： 1將普通機(jī)油換成一種快速淬火油，其冷卻特性應(yīng)為：淬火冷卻的蒸氣膜階段短，對流開始溫度低，且最高冷速大。 2一種性能穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)的水溶性淬火液，其30液溫，不攪動情況下的300冷速在2030/s之間。 3一種性能穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)的水溶性淬火液，其30液溫，不攪動情況下的300冷速在5070/s之間。4自來水 如果所處理的工件種類不太多，也可以用一種300冷速在3050/s之間的水溶性淬火液代替2、3兩種淬火液，即共配制三種淬火液（槽）。 4 結(jié)論從冷卻速度選擇淬火介質(zhì)的原則 通過本文的分析可以說明： 1為什么同一種工件可以在多種不同冷卻特性的淬火介質(zhì)中淬火而都達(dá)到該工件的熱處理要求

32、。2為什么多種不同的工件可以在同一種淬火介質(zhì)中淬火而都達(dá)到各自的熱處理要求。 3特定工件選擇淬火介質(zhì)應(yīng)同時從五方面加以考慮：一看鋼的碳含量多少，二看鋼的淬透性高低，三看工件的有效厚度，四看工件的形狀復(fù)雜程度，五看允許的變形大小。 4對淬火用油，從冷卻速度分布上看，它的蒸氣膜階段越短，對流開始溫度越低，最高冷速越大，則該種油適用的鋼種和工件就越多。 5對水性淬火液，從冷卻速度分布曲線上看，它的300冷卻速度越低，則它適用的鋼種和工件就越多。 參考文獻(xiàn)： 1Karl-Erik Thelning所測淬火烈度與淬火件硬度分布的關(guān)系-IFHT的任務(wù)之四第五屆國際材料熱處理年會譯文集，金屬熱處理編輯部選譯

33、，機(jī)械工人出版社，1988，（9）：366-368 2S.O.Segerberg.Classification of quench oils:a method of comparison.Heat Treating,1989,No12:30-33. 3Chartes E.BatesASM HandbookTM,Volume 4,Heat Treating,1990:96-98. 4張克儉淬火用油的分型定級J金屬熱處理，1992，（8）：50-53上有部分內(nèi)容，全文登在北京華立精細(xì)化工公司淬火介質(zhì)的特性和用法技術(shù)，第一輯1993，10 5張克儉水溶性淬火劑定級方法探討J金屬熱處理，1995，（3

34、）：23-24 6張克儉解決淬火變形問題的新方法J金屬熱處理，1997，（6）該論文經(jīng)修改完善后定名為解決淬火變形問題的硬度差異法7張克儉解決淬火變形問題的硬度差異法汽車齒輪，2000，（2）：16-32水溶性淬火劑定級方法探討一、水溶性淬火劑需要定級！某彈簧廠得到一桶供免費(fèi)試驗(yàn)的淬火劑，立即組織人員安排方案，對該廠常用鋼種進(jìn)行淬火試驗(yàn)。兩、三個月后，花費(fèi)了大量的人力，留下一大堆試片，終于得出了結(jié)論：這種淬火劑在我們廠不適用。象這樣的工作，一直在各地進(jìn)行著。雖有少數(shù)工廠能選中適合的淬火劑，但總的說浪費(fèi)很大，損失不小。 水溶性淬火劑類型很多，不同的類型有不同的特性，在同一類型中，不同的品種在性能

35、上又有很大差異。當(dāng)前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)工廠選用淬火劑。同時，不少淬火劑生產(chǎn)廠又不能提供正確及時的技術(shù)服務(wù)。在這種情況下，為避免上述盲目選擇和試驗(yàn)，減少由此而造成的損失和浪費(fèi)，很有必要給水溶性淬火劑建立一個簡單實(shí)用而又科學(xué)的評判方法，用以對各種淬火劑品種進(jìn)行定級，以利于用戶工廠有針對地選擇和使用。 二、用300冷卻速度進(jìn)行定級作為淬火介質(zhì)，自來水優(yōu)于普通機(jī)油的特性是，在淬火冷卻的高溫階段冷卻速度相當(dāng)快，因而有利于獲得更高淬火硬度和更大的淬硬層深度。為什么又不能直接用自來水代替油進(jìn)行淬火？原因是用自來水淬火時，鋼件冷到低溫階段的冷卻速度過大。研究開發(fā)水溶性淬火劑的第一指標(biāo)，就是在保持或基本保持

36、高溫階段冷得快的同時，降低水在低溫階段的冷卻速度。低溫階段最有代表性的溫度在300附近。我們把鋼件冷到300附近時獲得的冷卻速度，叫做所用淬火介質(zhì)的300冷卻速度。 理論和經(jīng)驗(yàn)告訴我們，淬火介質(zhì)的300冷卻速度對多數(shù)鋼件淬裂與否起著決定性的作用，由此，本文選用300冷卻速度值來對淬火介質(zhì)定級。 選用最新國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/DIS9950）方法測定淬火介質(zhì)300冷卻速度，作為鋼件300冷速的參考值來進(jìn)行定級。 具體做法是：1取待測淬火劑或配制有代表性濃度的水溶液，在液溫30不攪動條件下，測出其300冷卻速度；2憑測定值按表1定級： 表1 水溶性淬火介質(zhì)定級方法級 別0102030405060708

37、090100測出的300冷卻速度 （/s） 101020203030404050506060707080809090100100110按表1定級方法，將常見淬火介質(zhì)進(jìn)行定級，結(jié)果如表2： 表2 常用淬火介質(zhì)級別介 質(zhì)級 別說 明1自來水90水溫30，未攪動25%NaOH水溶液100水溫30，未攪動35%NaCl水溶液90水溫30，未攪動4飽和氯化鈣50液溫4070，未攪動5三硝水溶液70液溫30，未攪動6三氯水溶液80水溫30，未攪動7 PAG淬火劑15%2060（因品種而不同）水溫30，未攪動8今禹8-20（PAG類）15%20水溫30，未攪動90#柴油30液溫4050，未攪動1020#柴油

38、0液溫4050，未攪動11快速淬火油020（因品種而異）液溫4050，未攪動12 堿浴0160浴溫，未攪動9-12號為非水性淬火介質(zhì)。在此列出相應(yīng)的級別，只用以說明300冷卻速度大小。由于它們的冷卻速度分布與水溶性淬火介質(zhì)有很大差異，用于淬火時淬火效果與同級別的水性淬火劑有很大不同。 三、按級別選擇合適的水溶性淬火劑選擇原則和步驟：1含碳量高、淬透性好的鋼種，應(yīng)選低級別的淬火劑（或淬火液濃度）。2在保證不淬裂的前提下，選用級別稍高的淬火劑（或淬火液濃度）可以獲得更深的淬火硬化層。3在適合的級別中，應(yīng)選擇性能穩(wěn)定，使用壽命長，容易管理且價格低的品種。 4各鋼種適用的參考級別范圍見表3： 表3鋼

39、種適合的級別范圍碳素工具鋼70110碳素工具鋼低合金低碳鋼5080碳量較低的低偏中合金鋼3070高碳低合金鋼中碳中合金鋼（如彈簧鋼） 1030 5首先按上述步驟和資料選定水溶性淬火劑品種，再用它進(jìn)行試驗(yàn)。此時，試驗(yàn)的目的就是熟悉用法，確定生產(chǎn)中合適的濃度和工藝參數(shù)，而不是所選的淬火劑品種是否適用，通常也不會造成本文第一部分所述的失敗結(jié)果。 四、說明1碳量高的中合金鋼和高合金鋼，以及所有可以在靜置空氣中冷卻淬火的鋼種，都不能在水溶液中淬火。2可以調(diào)節(jié)濃度的水溶性淬火劑，通常只列出它代表濃度上的冷卻速度級別。改變濃度，還可以獲得不同級別的淬火介質(zhì)，比如PAG類淬火劑。PAG類屬濃度可變，因而冷卻特

40、性可調(diào)的淬火介質(zhì)。通常降低濃度級別提高，升高濃度級別降低。本表以15%濃度定其級別，基本上指該種淬火劑可能達(dá)到的最低級別。3同一種淬火劑或淬火液濃度，當(dāng)液溫改變后，300冷卻速度會發(fā)生變化，變化的規(guī)律大致為：淬火液溫度升高，其300冷卻速度會降低；淬火液溫度降低，其300冷卻速度則會升高。也就是說，淬火介質(zhì)的級別是隨液溫升高而降低，液溫降低而升高的。4在冷卻速度曲線上有很短的蒸氣膜階段，不會影響鋼件的淬火冷卻效果，有時還有見效淬火初期熱應(yīng)力型變形的作用。但是，過長的蒸氣膜階段，則會降低淬火冷卻效果。優(yōu)良的水溶性淬火劑不應(yīng)有過長的蒸氣膜階段。解決淬火變形問題的新方法生產(chǎn)中的淬火變形一直給工廠帶來

41、大量的麻煩和巨大的損失。淬火變形的產(chǎn)生，從理論上說，當(dāng)然與熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力的影響有關(guān)，但是，在分析和解決實(shí)際工件的淬火變形時，這種理論卻很難做具體應(yīng)用。至今，尚沒有用來分析和解決工件淬火變形問題的實(shí)用的系統(tǒng)方法。熱處理行業(yè)期待的是能用來分析和解決實(shí)際工件淬火變形的系統(tǒng)而實(shí)用的方法。以此為目標(biāo)，本文發(fā)展了一種以鋼的端淬曲線為依托，從檢測出發(fā)生變形的工件上的硬度差異入手去分析和解決工件淬火變形問題的方法，我們把它叫做硬度差異法，供熱處理行業(yè)采用并指正。一、本新方法的適用范圍 說工件發(fā)生了淬火變形，指的是工件上某些部位發(fā)生了超過圖樣公差的變形。本文把工件上發(fā)生變形的部分和與之相關(guān)連的部位合稱為該

42、工件的參與淬火變形部位。參與淬火變形部位指的是工件上多個部位的總體，須根據(jù)實(shí)際工件的(變形)情況來確定。在已發(fā)生淬火變形的工件上，參與了淬火變形的不同部位的硬度可能基本相同，也可能有明顯差異。硬度差異反應(yīng)出這些部位的淬火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(即組織)之不同。由于不同的組織有不同的比容，比容差本身及其在淬火過程中的作用必然對淬火后的變形有直接的影響。由于這樣的原因，本文把最終發(fā)生了淬火變形的工件分為兩類。第一類:因裝爐時的沖撞，因淬火加熱中工件的裝掛或堆放不當(dāng)，以及出爐轉(zhuǎn)移到淬火介質(zhì)過程中所受的外力或自重引起的變形。這類變形容易從操作方法和裝掛方式入手去解決。第二類：工件參與淬火變形部位有明顯或不明顯的硬度

43、差異，也可能伴有淬火開裂。在第二類情況下，引起變形的原因既有淬火冷卻過程中的應(yīng)力作用，也有轉(zhuǎn)變產(chǎn)物比容差之最終的影響。 本文提出的概念和方法，僅限于用來分析和解決第二類淬火變形問題。二、淬火變形工件的冷卻速度帶及減小變形的努力方向 作為本方法的基礎(chǔ)，先引進(jìn)淬火變形工件的硬度-冷速曲線、冷卻速度帶及其跨區(qū)等概念。 硬度-冷速曲線的分區(qū)及其與淬火變形的關(guān)系 圖1是有代表性的頂端淬火曲線示意圖。為適應(yīng)本文的需要，我們將下方的橫座標(biāo)定為冷卻速度，并按冷卻速度大小和淬火態(tài)硬度分布，將端淬曲線分成四個區(qū)(如圖1所示)。這樣的曲線，我們把它叫作硬度-冷速曲線。 分區(qū)名稱區(qū)內(nèi)淬火效果I區(qū)過快冷速區(qū)硬度高、淬裂

44、、變形II區(qū)適度冷速區(qū)硬度高而均勻、無淬裂、變形小III區(qū)不足冷速區(qū)硬度不足且高低不均，變形大IV區(qū)過慢冷速區(qū)完全未淬硬，變形小圖1 按淬火冷卻速度大小將端淬曲線分成四個區(qū) 在圖1劃出的第冷速區(qū)內(nèi)淬火，工件可以完全淬硬，但因冷速過快，可能產(chǎn)生淬火變形，或可能伴有淬裂。 在第冷速區(qū)內(nèi)淬火，冷卻速度適當(dāng)，工件可以充分淬硬。硬度均勻說明可能參與淬火變形部位的淬火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物基本相同，因此，工件淬火冷卻中可能引起淬火變形的過程中的應(yīng)力也不會很大。結(jié)果，最終的淬火變形也就相當(dāng)小，通常能在允許的公差之內(nèi)。故本文把第冷速區(qū)叫做小變形區(qū)。 在第冷速區(qū)內(nèi)淬火，由于硬度-冷速曲線走勢很陡，如圖1所示，工件上參與變形部

45、位之間的較小冷速差都會引起相當(dāng)大的硬度變化，也即轉(zhuǎn)變產(chǎn)物相當(dāng)大的組織差和比容差。因此，在第冷速區(qū)淬火時，可能引起淬火變形的因素既有過程中的，也有最終的。這就是在此區(qū)淬火變形大的原因。總起來說，在此區(qū)淬火后變形大，硬度高低不均，且硬度不足。 在第冷速區(qū)，即過慢冷速區(qū)內(nèi)淬火，工件上可能參與淬火變形部位獲得的冷速很低，各部位間溫差小，加上各部位都遠(yuǎn)未淬硬，最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也基本相同，故變形小。 2工件上參與淬火變形部位的冷卻速度帶 變形工件上參與變形的各部位之間得到的冷卻情況不同，是造成最終淬火變形的原因。實(shí)際工件是個實(shí)體，它上面參與變形部位的不同冷速必然落在硬度-冷速曲線上一定范圍內(nèi)。本文把這些不同冷

46、速所達(dá)到的范圍叫做該工件在所經(jīng)受的淬火條件下參與變形部位的冷卻速度帶，以下簡稱為該工件的冷卻速度帶。工件上參與變形部位間的冷卻速度相差小，它的冷卻速度帶就窄；相反，它的冷卻速度帶就寬。 冷卻速度帶的確定方法： 拿到一個發(fā)生了淬火變形的工件，首先找到它上面發(fā)生了淬火變形的部位，再連同其相鄰或相關(guān)的部位，合而成為該工件上參與淬火變形部位。接著檢查參與變形部位內(nèi)外表面的硬度，并憑測出的最高和最低硬度值(HRC)在所用鋼種的硬度-冷速曲線圖上找到兩個相應(yīng)的冷卻速度值，把這兩個冷卻速度值水平連接起來，即構(gòu)成該工件的冷卻速度帶。舉例來說，有一筒狀工件，50Cr材質(zhì)，經(jīng)770加熱后水淬1.5秒再轉(zhuǎn)油冷。淬火

47、后未發(fā)現(xiàn)淬裂，但有明顯的變形:兩端孔徑增大，呈雙頭喇叭形，如圖2所示。因工件形狀簡單，且變形牽涉面大，可以把整個工件都看成參與變形部位。檢查該變形工件內(nèi)外表面的硬度后發(fā)現(xiàn)，筒兩端硬度約55HRC，而內(nèi)孔中部只有35HRC。從手冊上查出50Cr鋼的端淬曲線，取其中線作出本工件的硬度-冷速曲線。由淬火硬度最高的端頭部位(B)之55HRC找到冷速點(diǎn)b。再由淬火硬度最低的筒內(nèi)中間部位(A)之35HRC找到冷速點(diǎn)a。連接a、b兩點(diǎn)的帶ab即為該工件的冷卻速度帶。按照相似的方法步驟，可以畫出其它淬火變形零件的冷卻速度帶。需要說明的是，如果工件上有內(nèi)孔(或凹陷部位)而且在該部位或鄰近部位發(fā)生了淬火變形，則該

48、部位就屬于參與變形部位，在確定該工件的冷卻速度帶時，就需要將該工件的內(nèi)孔或凹陷部位剖切開，測量該部位的表面硬度。 圖2 由參與變形部位的最高和最低淬火態(tài)硬度值確定工件的冷卻速度帶 3冷卻速度帶的跨區(qū)情況 實(shí)際生產(chǎn)中，不同工件的鋼種、形狀大小、熱處理?xiàng)l件以及工藝方法有很大差異，它們的冷卻速度帶必然有寬有窄。當(dāng)工件的冷卻速度帶比較窄時，可能只落入某一個冷速區(qū)，比如，只落入第、或冷速區(qū)，相應(yīng)的變形情況如圖1所示。當(dāng)工件的冷卻速度帶比較寬時，往往要跨越兩個甚至兩個以上的冷速區(qū)。比如，圖2所舉的例子，工件的冷速帶就跨越、兩個冷速區(qū)。又如，有一種65Mn制的大圓鋸片，直徑1600mm，厚8mm，在專用的槽

49、式電阻爐中垂直懸掛加熱后，直接放入有循環(huán)攪動的淬火槽中淬火，淬火液為一種聚合物水溶液，水溫約25。淬火后工件有相當(dāng)嚴(yán)重的翹曲變形。出槽后檢查發(fā)現(xiàn),圓鋸片邊沿齒口部位有幾處淬裂。硬度檢查結(jié)果,邊沿部分(B)最高硬度62HRC，而近中間部位(A)的硬度最低為30HRC。對于這樣薄而大,變形嚴(yán)重的工件,也宜把工件之整體都看成參與變形部位。 按前述方法，如圖3,確定該圓鋸片的冷卻速度帶ab。由于該圓鋸片邊沿齒口處已淬裂，說明該部位已進(jìn)入第冷速區(qū)。而在近中間部位淬火態(tài)硬度只有30HRC，未淬硬，說明該部位已進(jìn)入第冷速區(qū)。這樣,整個圓鋸片就跨越了、共三個冷速區(qū)。對于本例中薄而大的工件，同一次淬火冷卻中跨越

50、三個冷速區(qū)，就很容易發(fā)生嚴(yán)重變形。 圖3 65Mn大圓鋸片的冷卻速度帶跨越、區(qū) 4減小工件淬火變形的努力目標(biāo) 通常，對工件淬火效果的要求是：獲得高而且均勻的淬火硬度、足夠的淬硬深度、不淬裂且無淬火變形。顯然，按本文的分析原理和方法，只有當(dāng)工件上參與變形部位的冷卻速度帶落入第冷速區(qū)，才能獲得這種淬火效果。據(jù)此本文減小工件淬火變形的措施和方法，均以使工件上參與變形部位的冷卻速度，即該工件的冷卻速度帶完全落入其第冷速區(qū)為努力目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，就可以控制變形。以下歸納的做法都是以此為目標(biāo)的措施。 5對硬度差異法的解釋 眾所周知，淬火變形是鋼件淬火冷卻中的熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力共同作用的結(jié)果。這里所說的

51、工件的冷卻速度帶的寬窄，反應(yīng)的正是這種共同作用的大小。共同作用力大的，其冷卻速度帶寬，該共同作用力就大，而冷卻速度帶窄的，該作用力就小。而工件的硬度-冷速圖線上第II區(qū)的寬窄，反應(yīng)的是該工件的變形要求。變形要求嚴(yán)的，第II區(qū)窄；變形要求松的，第II區(qū)寬。使工件的冷卻速度帶完全落入其第II區(qū)中，也就是把該工件淬火冷卻中的熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力的共同作用力的大小控制在不引起超差變形的范圍。硬度差異法從工件淬火態(tài)硬度差異入手去分析解決變形問題，其本質(zhì)上就是通過控制這種硬度差異的大小和范圍來控制工件淬火中的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的復(fù)合作用大小，從而控制淬火變形。三、減小淬火變形的改進(jìn)方向 1整體移動冷卻速度帶

52、 通過整個提高或降低淬火冷卻速度等措施，使工件的冷卻速度帶整體移入該工件的第冷速區(qū)。這種方法適用于工件的冷卻度帶比較窄，發(fā)生淬火變形的原因是其冷卻速度帶整個或局部落入或伸到了第或第冷速區(qū)。 當(dāng)工件上有局部或全部參與變形部位淬火硬度偏低時，說明該部分淬火冷速進(jìn)入了第冷速區(qū)。按照上面提出的解決辦法，為消除這種淬火變形，可以采取提高整個工件的淬火冷卻速度，適當(dāng)提高淬火加熱溫度，以及改用淬透性更好的鋼種制做該工件等措施之中的一個或幾個，就可以使該工件的冷卻速帶發(fā)生移動并進(jìn)入第冷速區(qū)，從而消除該淬火變形。 當(dāng)工件發(fā)生變形且淬火硬度高或同時發(fā)現(xiàn)有淬裂，說明部分或全部參與淬火變形部位進(jìn)入了該工件的第冷速區(qū)。

53、解決這類變形問題的措施有降低該工件的淬火加熱溫度，降低整個工件的淬火冷卻速度以及改用碳量及合金元素含量稍低的鋼種等，目的在使工件的冷卻速度帶整個移入第冷速區(qū)。 例如，某汽車板簧廠采用13%的今禹8-20水溶液，在液溫25時淬1175mm的60Si2Mn鋼板，出槽后發(fā)現(xiàn)有高達(dá)4mm的側(cè)彎變形和相當(dāng)大的弧高變化。起初，有關(guān)人員分析認(rèn)為，是淬火應(yīng)力(熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力)過大引起。因此,采取了降低淬火應(yīng)力的方法：適當(dāng)降低淬火加熱溫度，提高淬火液液溫，并停止淬火機(jī)的擺動以減小相對流速，甚至曾一度將今禹8-20的濃度提高到15%。所有這些措施，都在降低板簧片的淬火冷卻速度，都想減小淬火應(yīng)力來消除淬火變形

54、。但結(jié)果與希望相反，板簧片的變形更大且仍然無規(guī)律可循，同時，鋼板的淬火硬度更低，根本不能滿足熱處理要求。 后來，用本文所述的方法分析該批板簧的淬火變形，發(fā)現(xiàn)淬火硬度不足且高低不均，大約在2852HRC之間，其冷卻速度帶正好落在第冷速區(qū)，如圖4所示。按前面提到的原則和方法，解決這一變形問題的措施就不是設(shè)法降低淬火冷卻速度,而是提高淬火冷卻速度，以便使該板簧片的冷卻速度帶整體向左移入其第冷速區(qū)。具體的做法是，向淬火槽中補(bǔ)加自來水，將今禹8-20的濃度降到10%，并在淬火過程中使淬火機(jī)不停地擺動，以便進(jìn)一步提高淬火冷卻速度。結(jié)果，在其它工藝方法保持不變的情況下，同批板簧片淬火后的變形(側(cè)彎和弧高變化

55、)極小，同時淬火硬度都在5961HRC內(nèi)，沒有淬裂，完全滿足了工藝要求。 圖4 移動冷卻速度帶消除板簧片的淬火變形 2使冷卻速度帶收縮進(jìn)第冷速區(qū) 當(dāng)變形工件的冷卻速度帶跨越兩個以上冷速區(qū)時，解決淬火變形問題的辦法就是使工件上參與變形部位中原來冷速過快(因而發(fā)生淬裂、變形)的部分淬火冷速降低，相當(dāng)于使工件的冷卻速度帶伸入第冷速區(qū)的左端部分向右收縮，達(dá)到左端頭也進(jìn)入第冷速區(qū)；使工件上參與變形部位中硬度不足或硬度過低部位的淬火冷速提高，以使其冷卻速度帶向右伸出第區(qū)的部分向左收縮，也進(jìn)入第冷速區(qū)。 例如，圖3所示的大圓鋸片，它的冷卻速度帶跨越、共三個冷速區(qū)，因此，采取的消除變形措施應(yīng)能使其冷卻速度帶的

56、兩端同時向中間收縮，直至全部落入其第冷速區(qū)。經(jīng)分析，該圓鋸片外沿齒間底部發(fā)生淬裂，是在淬火冷卻中該部位受到過激的水流沖刷的緣故。解決這一部分(即冷卻速度帶伸入第冷速區(qū)那一段)的淬裂變形的措施是設(shè)法使該部位不受水流沖擊，可以在淬火槽中安裝護(hù)板或改變淬火液循環(huán)流動的分配方式，其目標(biāo)都是使原來冷卻太快的外沿部分的冷卻速度降低至不發(fā)淬裂的程度。而對于圓鋸片上近中間部位，淬火硬度偏低說明其受到的冷卻不足。分析這些部位冷速不足的原因發(fā)現(xiàn)，在淬火冷卻過程中這些部位長期被流動緩慢的熱水包圍。由于鋸片很大，從下至上做上升流動的熱水達(dá)到鋸片中間部位時液溫已相當(dāng)高，使圓鋸片近中心部位有較長時間在蒸氣膜及熱水籠罩之下

57、，加上該部位實(shí)際的有效厚度又遠(yuǎn)比邊沿部位大，使這些部位得不到足夠的淬火冷速，淬火硬度自然偏低。又由于上升過程中形成的熱水區(qū)的液溫分布相對于圓鋸片是不穩(wěn)定和不規(guī)律的，故淬火后圓鋸片的變形大而沒有規(guī)律性。解決這些部位淬火冷卻速度不足的辦法，是根據(jù)圓鋸片在槽中的位置，安設(shè)足以使其近中間部位獲得適當(dāng)水流沖擊來加快散熱，提高冷速，使這些部位對應(yīng)的冷速帶右端向左收縮，直至進(jìn)入第冷速區(qū)。由于這類大圓鋸片多是專業(yè)廠生產(chǎn)，生產(chǎn)裝置是專用的，通過適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)使圓鋸片的冷速帶從左、從右同時收縮進(jìn)第冷速區(qū)，從而消除淬火開裂、變形和中間部剛度不足等問題，可以收到一勞永逸的效果。關(guān)于解決這類圓鋸片淬火變形、開裂問題，本文在后面還將提出另一種解決辦法。四、調(diào)節(jié)冷卻速度帶的基本措施 從前面的討論中可以看出，解決變形問題的途徑，實(shí)質(zhì)上是針