第3章-淬火介質(zhì)

第3章鋼的淬火及回火3.1淬火的定義、目的和必要條件定義:將鋼加熱到>Ac3或Ac1，保溫并以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。目的：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性；經(jīng)淬火、回火獲得良好的綜合機(jī)械性能；改善鋼的物理化學(xué)性能必要條件：冷速大于臨界冷速（抑制所有非馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷速）。3.2淬火介質(zhì)冷卻速度曲線在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)需慢冷才能減少組織應(yīng)力,降低淬火變形和開裂傾向。應(yīng)當(dāng)具有在中溫（500～600℃）時冷卻快、低溫時冷卻慢的特性。500～600℃理想的冷卻介質(zhì)：圖鋼的合理淬火過程示意圖3.2.1淬火介質(zhì)的冷卻作用

淬火介質(zhì)的分類淬火時發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì),包括水質(zhì)淬火劑、油質(zhì)淬火劑和水溶液等。（沸點大都低于工件的淬火加熱溫度）根據(jù)物理特性(2類)淬火時不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì),包括各種熔鹽、熔堿、融熔金屬等。（沸點大都高于工件的淬火加熱溫度）。散熱方式汽化沸騰輻射傳導(dǎo)對流

輻射傳導(dǎo)對流散熱方式淬火介質(zhì)一般的要求：無毒、無味、經(jīng)濟(jì)、安全可靠;不易腐蝕工件,淬火后易清洗;成分穩(wěn)定,使用過程中不易變質(zhì);在過冷奧氏體的不穩(wěn)定區(qū)域應(yīng)有足夠的冷卻速度,在低溫馬氏體區(qū)域應(yīng)具有較緩慢的冷卻速度,以保證淬火質(zhì)量;在使用時,介質(zhì)粘度應(yīng)較小,以增加對流傳熱能力和減少損耗。有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻過程大致可分為三個階段1)汽膜階段2)沸騰階段3)對流階段當(dāng)工件進(jìn)入介質(zhì)的一瞬間,周圍介質(zhì)立即被加熱而汽化,在工件表面形成一層蒸汽膜,將工件與液體介質(zhì)隔絕。由于蒸汽膜的導(dǎo)熱性較差,故使工件的冷卻速度較慢,如圖中AB段;冷卻開始時,由于工件放出的熱量大于介質(zhì)從蒸氣膜中帶走的熱量,故膜的厚度不斷增加,隨著冷卻的進(jìn)行,工件溫度不斷降低,膜的厚度及其穩(wěn)定性也逐漸變小，直至破裂而消失。----冷卻的第一階段。冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段（1）汽膜階段

有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻機(jī)理：（2）沸騰階段當(dāng)蒸汽膜破裂后,工件即與介質(zhì)直接接觸,介質(zhì)在工件表面激烈沸騰,

通過介質(zhì)的汽化并不斷逸出氣泡而帶走了大量熱量,使冷卻速度變快.如圖中BC段,沸騰階段前期冷速很大,隨工件溫度下降,其冷速逐漸減慢,此階段一直要持續(xù)到工件冷至介質(zhì)的沸點時為止,這是冷卻的第二階段。

有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻機(jī)理：冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段（3）對流階段當(dāng)工件冷至低于介質(zhì)的沸點時,則主要依靠對流傳熱方式進(jìn)行冷卻,這時工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還要緩慢,如圖CD段,隨著工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小,冷卻速度愈來愈小,這是冷卻的第三階段。

有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻機(jī)理：冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段3.2.2

淬火介質(zhì)冷卻特性的測定

淬火介質(zhì)冷卻能力最常用的表示方法是所謂的淬火烈度H.規(guī)定18℃靜止水的淬火烈度H＝1，其它淬火介質(zhì)的淬火烈度由與靜止水的冷卻能力比較而得。淬火烈度H測量------銀球探頭法3.2.2

淬火介質(zhì)冷卻特性的測定

試樣溫度與冷卻時間的關(guān)系冷卻速度與試樣溫度的關(guān)系圖3-4具有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻特性曲線示意圖AB－氣膜階段，BC－沸騰階段，CD－對流階段淬火特性溫度是指蒸汽膜破裂即沸騰階段開始的溫度幾種常用淬火介質(zhì)的淬火烈度H

幾種常用淬火介質(zhì)的淬火烈度H不同程度攪拌時幾種常用淬火介質(zhì)的淬火烈度H3.2.3

常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性1.水右圖是水在靜止與流動狀態(tài)下的冷卻特性,可見靜止水的蒸汽膜階段溫度較高,在800~380℃溫度范圍,此階段的冷速緩慢,約180℃/s.溫度低于380℃以下才進(jìn)入沸騰階段,使冷卻速度急劇上升,280℃左右冷速達(dá)最大值,約770℃/s.不同溫度的水的冷卻特性.(a)靜止水，(b)循環(huán)水水作為淬火介質(zhì)的主要缺點①冷卻能力對水溫的變化很敏感,水溫升高,冷卻能力便急劇下降,并使對應(yīng)于最大冷速的溫度移向低溫,放使用溫度一般為20~40℃,最高不許超過60℃；

②在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的冷速太大,易使工件嚴(yán)重變形甚至開裂；

③不溶或微溶雜質(zhì)(如油、肥皂等)會顯著降低其冷卻能力,因為這些外來質(zhì)點作為形成蒸汽的核心,將加速蒸汽膜的形成并增加膜的穩(wěn)定性,所以當(dāng)水中混入這些雜質(zhì)時,工件猝火后易于產(chǎn)生軟點.3.2.3

常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性2.鹽水與堿水

為了提高水的冷卻能力,往往在水中添加-定量(一般為5~10%)的鹽或堿,目前比較普遍采用的是食鹽水溶液

,其優(yōu)點是蒸汽膜階段縮短，特性溫度提高，從而加快冷卻速度.食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時隨食鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降低。鹽水的缺點是在低溫（200~300℃）區(qū)間冷速仍很大。食鹽水溶液圖3-6不同成分食鹽水溶液的冷卻特性3.2.3

常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性堿水作為淬火介質(zhì),常用的是5%~l5%NaOH水溶液.它在高溫區(qū)間的冷卻能力比鹽水還大,而在低溫區(qū)間的冷卻能力則與之相近.此外它能與已氧化的工件表面作用而析出氫氣,使氧化皮易于脫落,淬火后工件呈銀灰色,表面較潔凈,一般不需清理,故又稱其為光亮淬火.

但堿水的應(yīng)用不如鹽水廣泛,其原因是

NaOH對工件及設(shè)備的腐蝕較嚴(yán)重,淬火時有剌激性氣體產(chǎn)生,對皮膚有腐蝕性,以及工件易于老化變質(zhì)等.因此未能廣泛應(yīng)用。堿水圖3-7不同溫度的50%NaOH水溶液的冷卻特性3.2.3

常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性3.油植物油礦物油淬火油主要優(yōu)點是:油的沸點一般比水高150~300℃,其對流階段的開始溫度比水高得多,由于一般在鋼的Ms點附近已進(jìn)入對流階段

,故低溫區(qū)間的冷速遠(yuǎn)小于水,將有利于減少工件的變形與開裂傾向.主要缺點是:高溫區(qū)間的冷卻能力很小

,僅為水的

l/5~1/6.只能用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬火.此外,油經(jīng)長期使用還會發(fā)生老化

,故需定期過濾或更換新油等。提高油溫可降低粘度,增加流動性,因而可提高其冷卻能力.油溫一般應(yīng)控制在60~80℃,最高不超過100~120℃〈即油的工作溫度應(yīng)保持在閃點由以下100℃左右〉,以免著火.閃點(flashpointoffueloil):全稱燃油閃火點，在燃油加熱過程中，當(dāng)點火源接近燃油蒸汽和周圍空氣所形成的混合氣時，可產(chǎn)生瞬間即來的閃火現(xiàn)象的最低溫度。是有關(guān)安全防火的一個重要指標(biāo)。3.2.3

常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性1)高速淬火油淬火油的發(fā)展2)光亮淬火油4有機(jī)物質(zhì)的水溶液及乳化液a有機(jī)物水溶液作為淬火介質(zhì)目前各國都在發(fā)展有機(jī)物水溶液作為淬火介質(zhì)。一些國家均有以水基添加有機(jī)物和礦物鹽的淬火介質(zhì)專利。例如美國應(yīng)用15％聚乙烯醇，0．4％抗粘附劑，0．4％防泡劑的淬火介質(zhì)。其他國家也應(yīng)用類似的淬火介質(zhì)。優(yōu)點：目前最常用的有機(jī)物質(zhì)的水溶液為聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蝕劑，以防在淬火后清理前停放的有限時間內(nèi)發(fā)生腐蝕。這種水溶液與多數(shù)乳化液相比，有容易控制，可用普通水(不必軟化處理)調(diào)節(jié)到一定濃度，可不經(jīng)處理直接從下水道排走等優(yōu)點。(4)有機(jī)物質(zhì)的水溶液及乳化液b乳化液作為淬火介質(zhì)

最常用的乳化液是礦物油與水經(jīng)強(qiáng)烈攪拌及振動而成。即一種液體以細(xì)小的小滴形式分布在另一種液體中呈牛奶狀溶液，故稱乳化液。如果水形成外相，油滴在水中則稱油水乳化液。要使這種分布狀態(tài)穩(wěn)定，除了上述機(jī)械振動外，還應(yīng)加入乳化劑。這種乳化劑作為表面活性物質(zhì)富集在界面上，通過降低界面張力，使乳化穩(wěn)定。