熱處理四把火工藝

退火、正火、淬火、回火工藝金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝方法。金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。早在公元前770?前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢（公元前206?公元24）中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15?0.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850?1880年，對于應(yīng)用各種氣體（如氫氣、煤氣、一氧化碳等）進行保護加熱曾有一系列專利。1889?1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進展是1901?1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點電位差計，使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。二金屬熱處理的工藝熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得需要的組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當(dāng)金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間或保溫時間很短，而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較長。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火一將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻（冷卻速度最慢），目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火一將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火一將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710°C的某一適當(dāng)溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可?！八陌鸦稹彪S著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學(xué)熱處理。表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法，有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。化學(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)（氣體、液體、固體）中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復(fù)合滲等。熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進行各種冷、熱加工。例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。三鋼的分類鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。鋼是經(jīng)濟建設(shè)中極為重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具有一定的機械性能，又有良好的工藝性能，且價格低廉。因此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與研究，必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分為許多類：（一） .按用途分類按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。結(jié)構(gòu)鋼：（1） .用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。（2） .用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼?？煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。（二） .按化學(xué)成分分類按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量＜0.25%）；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量N0.6%）。合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量＜5%）；中合金鋼（合金元素總含量=5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。此外，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。（三） .按質(zhì)量分類按鋼材中有害雜質(zhì)磷、硫的含量可分為普通鋼（含磷量＜0.045%、含硫量＜0.055%；或磷、硫含量均＜0.050%）；優(yōu)質(zhì)鋼（磷、硫含量含硫量＜0.030%）。此外，還有按冶煉爐的種類，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐、堿性平爐），空氣轉(zhuǎn)爐鋼（酸性轉(zhuǎn)爐、堿性轉(zhuǎn)爐、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）與電爐鋼。按冶煉時脫氧程度，將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全），鎮(zhèn)靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮(zhèn)靜鋼。鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時，往往將用途、成分、質(zhì)量這三種分類方法結(jié)合起來。如將鋼稱為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼等。均＜0.040%）；高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷量＜0.035%、四金屬材料的機械性能金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機械性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。在機械制造業(yè)中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質(zhì)中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為機械性能（或稱為力學(xué)性能）。金屬材料的機械性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì)不同（例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等），對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強度、塑性、硬度、韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。下面將分別討論各種機械性能。強度強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指標(biāo)。塑性塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）等方法。疲勞前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標(biāo)。實際上，許多機器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲勞。沖擊韌性以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。五退火--淬火--回火（一） .退火的種類完全退火和等溫退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重要工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。球化退火球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。（二） .淬火為了提高硬度采取的方法，主要形式是通過加熱、保溫、速冷。最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。（三） .回火降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。獲得工件所要求的機械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。穩(wěn)定工件尺寸對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。六常用爐型的選擇爐型應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來決定1.對于不能成批定型生產(chǎn)的，工件大小不相等的，種類較多的，要求工藝上具有通用性、多用性的，可選用箱式爐。加熱長軸類及長的絲桿，管子等工件時，可選用深井式電爐。小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐。對于大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐。對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時，最好選用滾動爐，輥底爐。對成批的定型零件，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐（推桿爐或鑄帶爐）小型機械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。鋼球及滾柱熱處理可選用內(nèi)螺旋的回轉(zhuǎn)管爐。有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時可用推桿式爐，而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環(huán)加熱爐。七、表面處理資料（1）鋼結(jié)構(gòu)的防火處理鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實際應(yīng)用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設(shè)計美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞，單層、多層、摩天大樓，廠房、庫房、候車室、候機廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。鋼結(jié)構(gòu)通常在450?650°C溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為5分鐘左右。這一時間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強度變?nèi)醯臅r間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結(jié)構(gòu)的防火保護措施。一、 外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法?，F(xiàn)澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。二、 充水（水套）?？招男弯摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護措施。這種方法能使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中保持較低的溫度，水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進行再循環(huán)，或由管道引入涼水來取代受熱的水。三、屏蔽。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟的防火方法。四、膨脹材料。采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護構(gòu)件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬于現(xiàn)代的先進防火技術(shù)措施。目前，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑日趨增多，尤其是一些超高層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)材料更為廣泛。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火不是在短時間內(nèi)就能撲滅的，這就要求我們在建筑設(shè)計時，加大對建筑材料的防火保護，以增強其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應(yīng)急方案，以減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。（2）常用火焰噴涂塑料材料及性能塑料種類很多，根據(jù)塑料受熱的性能，可分為熱塑性塑料及熱固性塑料兩大類?；鹧鎳娡坑盟芰戏勰┮话阌伤芰显霞由细男圆牧现瞥桑@些改性材料，包括各種填料、顏料、流平劑、增韌劑等。通過改性，使塑料粉末容易進行火焰噴涂。使制成的涂層具有所要求的顏色和各種性能。熱塑性塑料的特點是可隨溫度上升而變軟或熔化，冷卻后則凝固成型變硬，這個過程為可逆過程可反復(fù)進行多次，通常熱塑性塑料，具有優(yōu)良的抗化學(xué)性、韌性和彎曲性能，火焰噴涂常用的熱塑性塑料主要有聚乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA等，其中以聚乙烯、尼龍應(yīng)用最多最廣。熱固性塑料的特點是用某些較低聚合度的予聚體樹脂，在一定溫度下或加入固化劑條件下，固化成不能再次熔化或熔融的，質(zhì)地堅硬的最終產(chǎn)物，溫度再升高，產(chǎn)品只能分解，不能再軟化。熱固性塑料分子量較低，所以具有較好的流平性、潤濕性；因而能很好地粘附在工件表面，并具有較好的裝飾性能?；鹧鎳娡砍Ｓ玫臒峁绦运芰戏勰┯协h(huán)氧、環(huán)氧/聚酯及聚酯粉末等。1、聚乙烯（PE）聚乙烯為白色透明物質(zhì)，外觀似石蠟，可著色，可彎曲，稍具延伸性。聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生產(chǎn)方法不同，產(chǎn)品分為高密度HDPE（低壓0.9411?0.965）。中密度MDPE（中壓0.926?0.940）低密度LDPE（高壓0.910?0.025）。三者性質(zhì)相似，但高密度聚乙烯在無負(fù)載和短期內(nèi)耐溫較高些（HDPE為100°C，LDPE為75°C），高密度聚乙烯最高使用溫度為70°C，低密度聚乙烯為60C，聚乙烯最低使用溫度為-70C。通常，聚乙烯隨密度增加，抗張強度、硬度、耐熱性均增高。聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性，對非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸）、稀硝酸、堿、油（冷）和鹽溶液都有良好的耐蝕性，能耐極性有機物（醇、酮）、水。在室溫下耐一般溶劑，但在60C以上溶于芳烴、氯化溶劑及熔蠟中，有些溶劑能使其溶脹。聚乙烯不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強氧化劑的腐蝕。聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能如表1。表1聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能注：試驗采用1.5m鋼板，涂后在30?35C條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d和100d后測試。聚乙烯粉末涂層與其它涂層性能比較見表2表2聚乙烯等其它品種粉末涂層的性能比較2、尼龍（聚酰胺）尼龍是一種應(yīng)用很廣的熱塑性塑料，最高應(yīng)用溫度為80?120°C，最低使用溫度為-50?-60°C。尼龍具有良好的耐蝕性，十分耐堿和大多數(shù)鹽水、稀酸。但不耐強酸和氧化性酸的腐蝕。對烴、酮、酯、油類抗蝕能力良好，不耐酚和甲酸的腐蝕。尼龍強度高，堅韌、耐磨損，有潤滑作用，所以常用作耐磨涂層，如印刷機械中的鋼制墨輥、車床導(dǎo)軌、潤滑涂層如軸承等。尼龍對生物侵蝕是惰性的，無毒，受細菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂層?；鹧鎳娡砍Ｓ玫哪猃埛勰┯心猃?1、尼龍12、尼龍1010及一些二元、三元共聚尼龍，尼龍層與金屬附著力好續(xù)表4尼龍11涂層的耐化學(xué)品性能3、 聚丙烯聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外觀似聚乙烯但比聚乙烯更輕更透明。聚丙烯密度低（0.90）耐蝕性和聚乙烯相似，且較低，應(yīng)用溫度范圍為-14?+120C。除濃硝酸，發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機和無機酸、堿和鹽，對應(yīng)力腐蝕破裂的抗蝕性良好°80C以下能耐有機溶劑，但能被某些強有機溶劑破壞。聚丙烯強度高于聚乙烯，軟化點較高（180C）。硬度接近尼龍，剛性好，常溫下耐沖擊性能良好。耐溫性高，在低應(yīng)力下可長期使用于110?120C。4、 聚苯硫醚（PPS）聚苯硫醚通常指對苯基硫的聚合物。交聯(lián)前是一種線型結(jié)構(gòu)，呈熱塑性，是一類具有支鏈、無結(jié)晶熔點、高粘度聚合物、交聯(lián)后呈熱固性，若予以充分加熱，卻還能軟化到一定程度，因此并非真正熱固性塑料。聚苯硫醚密度1.36，熔點288C，是一種硬而脆、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料，同時它具有優(yōu)良的電絕緣性和粘結(jié)性，適當(dāng)?shù)膹姸?，?yīng)用溫度范圍為-148?+250C。聚苯硫醚的化學(xué)惰性及耐高溫性使它成為良好的耐腐蝕涂層。聚苯硫醚防腐涂層可耐170C下的各種溶劑，200C下的各種酸堿、鹽和化學(xué)藥品，但易受鹵素和氧化性介質(zhì)，如游離氯、漠、硝酸、過氧化氫等腐蝕。聚苯硫醚的熔區(qū)寬00?420C，故有良好的流動性，且無毒、不燃。與金屬的粘接力強，因此是一種良好的耐腐蝕涂層。5、 氯化聚醚氯化聚醚是線型、高結(jié)晶度的熱塑性塑料，具有較高的熔點（180C），優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕性能以及良好的機械性能和電性能?？箾_擊強度高，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，吸水性小。應(yīng)用溫度范圍為-30?+120C。氯化聚醚的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯，可與聚三氟氯乙烯媲美，除強氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸外，能耐各類酸、堿、鹽及大多數(shù)有機溶劑的腐蝕，不耐液氯、氟、漠的腐蝕。氯化聚醚的導(dǎo)熱系數(shù)低于大多數(shù)耐腐蝕熱塑性塑料，適宜作絕熱材料。6、 EVA（乙烯一醋酸乙烯酯共聚物）EVA是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物，是一種具有橡皮似彈性的熱塑性塑料。EVA的性能與醋酸乙烯酯（VA）的含量有很大的關(guān)系，VA越少，越像低密度聚乙烯，而VA越多越像橡皮。EVA在較廣的溫度范圍（-45?70C）質(zhì)堅韌，加入填料能使剛性和硬度提高。填料增多，對其主要性能影響不大，耐紫外光及臭氧。EVA熔點低，（80?100C）密度0.93?0.95。施工方便，化學(xué)物理性能良好，耐稀酸、濃堿、不耐濃酸，50°C以上能溶于芳烴及氯化溶劑中。耐候性優(yōu)于聚乙烯。EVA還有良好的抗霉菌生長的特性，可作食品容器防護涂層。7、 氟塑料氟塑料是各種含氟塑料的總稱，由含氟單體如四氟乙稀，六氟丙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯，氟乙烯及乙烯等單體通過均聚或共聚反應(yīng)制得，按數(shù)量及用途來說，以聚四氟乙烯F4）最為重要。其它還有聚三氟氯乙烯（F3），聚全氟代乙丙烯（F46）等。氟塑料具有優(yōu)良的電絕緣性能，摩擦系數(shù)極低，與其它物質(zhì)親和力最小，具有優(yōu)良的不粘性。尤其是其化學(xué)性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性能好。如F4,除了金屬鈉、氟元素及其化合物對它有侵蝕作用外，其他諸如強酸、強堿、油脂、去污劑及有機溶劑等化學(xué)藥品均對它不起作用，使用溫度范圍為200?+260Co為抗蝕性最好的塑料。氟塑料本身無毒，但遇熱分解時，則產(chǎn)生劇毒，所以應(yīng)特別注意。8、 環(huán)氧粉末涂料環(huán)氧樹脂是環(huán)氧基的高分子聚合物的通稱，未固化前它屬于熱塑性樹脂，加入固化劑后能發(fā)生一系列交聯(lián)反應(yīng)，形成具有附著力極佳，堅韌度和抗化學(xué)性能均好的熱固性樹脂，環(huán)氧樹脂能耐一般溶劑，耐稀酸、稀堿、強堿，不耐強氧化劑如硝酸、濃硫酸等的腐蝕，耐水性非常好，最高使用溫度為90?100C（一般型）、150C（耐熱型）。在熱固性粉末涂料中，環(huán)氧粉末涂料是首先應(yīng)用的一個品種，也是粉末涂料中，銷售量占首位的品種。環(huán)氧粉末涂料有有光、半光、無光環(huán)氧粉末涂料（普通型）和防腐型環(huán)氧粉末涂料之分。普通環(huán)氧粉末密度1.5?1.8、熔點85?95C。9、 環(huán)氧/聚酯粉末涂料環(huán)氧/聚酯粉末是由環(huán)氧、聚酯為主要原料的熱固性粉末涂料。它比環(huán)氧粉末具有更好的裝飾性、耐候性。環(huán)氧/聚酯粉末密度1.4?1.8、熔點85C?95C。（3）復(fù)合熱處理對CrWMn鋼組織的影響內(nèi)容摘要:摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790C/680C循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790C/680C循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強韌性明顯提高。復(fù)合熱處理。摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790C/680C循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790C/680C循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強韌性明顯提高。關(guān)鍵詞：CrWMn鋼；復(fù)合熱處理；球化退火；顯微組織1刖言CrWMn鋼可用于制造各種形狀復(fù)雜的冷擠壓模和沖裁模，具有較高的淬透性，淬火和低溫回火后具有較高的硬度和耐磨性。但經(jīng)常規(guī)熱處理后此鋼易形成網(wǎng)狀碳化物，在模具的受力部位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當(dāng)?shù)膹?fù)合熱處理來改善CrWMn鋼的組織，提高其強度和韌性，以獲得較好的綜合性能。2試驗過程試驗用CrWMn鋼為40mm棒材，為淬火+低溫回火態(tài)，硬度58HRC。其主要化學(xué)成分見表1。表1CrWMn鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))w(%)元素CCrWMnSi含量0.90?1.050.90?1.201.20?1.600.8?1.100.15?0.35對CrWMn鋼的復(fù)合熱處理分為兩個步驟，一是預(yù)處理，二是淬火+低溫回火。預(yù)處理工藝見圖1。圖1CrWMn鋼預(yù)處理工藝(a)常規(guī)退火(b)等溫球化退火(c)循環(huán)球化退火(d)高溫固溶+循環(huán)球化退火CrWMn鋼經(jīng)不同工藝預(yù)處理后，選擇組織形態(tài)、分布較好的試樣，在不同溫度條件下進行淬火+低溫回火的最終熱處理，觀察其組織形態(tài)與分布，測定硬度變化。最終熱處理工藝見圖2。圖2CrWMn鋼淬火+回火工藝3試驗結(jié)果及分析圖3為CrWMn鋼經(jīng)不同預(yù)處理工藝處理后的顯微組織照片，CrWMn鋼經(jīng)常規(guī)退火后的硬度為180?190HB，經(jīng)圖1所示熱處理工藝處理后為180?200HB。圖3CrWMn鋼預(yù)處理后組織(a)常規(guī)退火(b)等溫球化退火(6循環(huán)球化退火(d)固溶+循環(huán)球化退火由圖3可看出，經(jīng)常規(guī)退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布；經(jīng)810°C等溫球化退火處理后，碳化物呈不規(guī)則的顆粒狀分布在鐵素體基體上，分布不均勻；^90C/680C3次循環(huán)球化退火處理后，顆粒狀碳化物尺寸變小，分布較為均勻；經(jīng)1050C固溶加790C/680C3次循環(huán)球化退火處理后，碳化物呈細小顆粒狀析出且彌散程度高。從工藝上看，在獲得相同硬度情況下，用790C/680C3次循環(huán)球化退火，不僅可代替830C等溫球化退火，而且能改善組織中碳化物的形態(tài)和分布、縮短球化退火時間，節(jié)約能源。這是因為循環(huán)球化退火在Ac1(750C)以上加熱保溫過程中，片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷，而在Ar1(710C)以下保溫過程中，在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物，從而加速了CrWMn鋼球化過程的進行，改善了碳化物的形態(tài)和分布。在1050C高溫條件下，CrWMn鋼中大量難溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中，經(jīng)油淬后得到馬氏體或下貝氏體組織，在隨后進行的790C/680C循環(huán)球化退火過程中，則會彌散地析出點狀的W、Cr的碳化物。因此，對于一般要求的CrWMn鋼，采用790C/680C3次循環(huán)球化退火工藝，既可滿足組織和硬度的要求，又能提高生產(chǎn)率，降低能耗；而對要求較高的可選用1050C高溫固溶加790C/680C3次循環(huán)球化退火的預(yù)處理工藝。圖4為經(jīng)1050°C固溶加790°C/680°C3次循環(huán)球化退火處理后，經(jīng)不同溫度油淬低溫回火后的CrWMn鋼的顯微組織。圖4CrWMn鋼不同溫度淬火+低溫回火后組織(a)790C淬火+200C回火(b)830C淬火+200C回火(c)870C淬火+200C回火(d)900C淬火+200C回火4結(jié)論對CrWMn鋼采用790C/680C3次循環(huán)球化替代常規(guī)退火、等溫球化退火，不僅可以改善其組織狀態(tài)和性能，而且還可以提高熱處理生產(chǎn)率，降低能耗。1050C固溶加790C/680C3次循環(huán)球化退火，可進一步改善CrWMn鋼的組織狀態(tài)分布，提高其性能。經(jīng)1050C固溶加790C/680C3次循環(huán)球化退火處理后，再經(jīng)830C油淬200C回火處理，CrWMn鋼組織均勻而細小，碳化物彌散程度高，其耐磨性和綜合性能好?！鲎髡吆喗椋宏愇娜A(1963—)，男，碩士，講師。主要研究方向為金屬表面改性及金屬材料焊接。聯(lián)系電話。)作者單位：陳文華(南京航空航天大學(xué)，南京210016)參考文獻：蔣修治譯.模具鋼熱處理[J].模具技術(shù)，1994(1).蔡摹等.低溫快速球化處理[J].金屬熱處理，1992(4)：8?11.滿波.高碳鋼和軸承鋼的周期球化退火工藝[J].金屬熱處理，1993(6)：43?44.八、淬火介紹鋼的淬火淬火時將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫一定時間使其奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度快速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體(或下貝氏體)，此外，還有少量殘余奧氏體及未溶的第二相。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。1、 淬火加熱溫度碳鋼的淬火加熱溫度可利用Fe-Fe3C相圖來選擇。對于亞共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac3+30?50C，使碳鋼完全奧氏體化，淬火后獲得均勻細小的馬氏體組織。對于過共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac1+30?50C。淬火前先進行球化退火，使之得到粒狀珠光體組織，淬火加熱時組織為細小奧氏體晶粒和未溶的細粒狀滲碳體，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分布在馬氏體基體上的細小粒狀滲碳體組織。對于低合金鋼，淬火加熱溫度也根據(jù)臨界點Ac1或Ac3來確定，一般為Ac1或Ac3以上50?100C。高合金工具鋼中含有較多的強碳化物形成元素，奧氏體晶粒粗化溫度高，故淬火溫度亦高。2、 淬火加熱時間為了使工件各部分完成組織轉(zhuǎn)變，需要在淬火加熱時保溫一定的時間，通常將工件升溫和保溫所需的時間計算在一起，統(tǒng)稱為加熱時間。影響淬火加熱時間的因素較多，如鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸、加熱介質(zhì)、爐溫、裝爐方式及裝爐量等。鋼在淬火加熱過程中，如果操作不當(dāng)，會產(chǎn)生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。過熱是指工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大，使工件的強度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆斷，而且容易引起淬火裂紋。對于過熱工件，進行一次細化晶粒的退火或正火，然后再按工藝規(guī)程進行淬火，便可以糾正過熱組織。過燒是指工件在淬火加熱時，溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的工件無法補救，只得報廢。（2）鋼的表面淬火表面淬火是對工件表層進行淬火的工藝。它是將工件表面進行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷卻獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火后需進行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐磨性，達到外硬內(nèi)韌的效果，并可造成表面層壓應(yīng)力狀態(tài)，提高疲勞強度，延長工件的使用壽命。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火法的原理如圖1-66（a）所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中，當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電時，便會在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路，故稱為“渦流”。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，如圖1-66（b）所示，表面電流密度最大，心部電流密度幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。由于鋼本身具有電阻，因而集中于工件表面的渦流，幾秒種可使工件表面溫度升至800?1000°C，而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達到了表面淬火的目的。感應(yīng)加熱時，工件截面上感應(yīng)電流密度的分布與通入感應(yīng)線圈中的電流頻率有關(guān)。電流頻率愈高，感應(yīng)電流集中的表面層愈薄，淬硬層深度愈小。因此可通過調(diào)節(jié)通入感應(yīng)線圈中的電流頻率來獲得工件不同的淬硬層深度，一般零件淬硬層深度為半徑的1/10左右。對于小直徑（10?20mm）的零件，適宜用較深的淬硬層深度，可達半徑的1/5，對于大截面零件可取較淺的淬硬層深度，即小于半徑1/10以下。火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火法是用乙炔一氧火焰（最高溫度3200C）或煤氣一氧火焰（最高溫度2000C），對工件表面進行快速加熱，并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2?6mm。適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、模數(shù)齒輪等）的表面淬火。火焰加熱表面淬火的優(yōu)點是設(shè)備簡單，成本低，靈活性大。缺點是加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點以上，利用工件基體的熱傳導(dǎo)實現(xiàn)自冷淬火，實現(xiàn)表面相變硬化。激光加熱表面淬火加熱速度極度快（105?106C/S），因此過熱度大，相變驅(qū)動力大，奧氏體形核數(shù)目劇增，擴散均勻化來不及進行，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大，奧氏體中碳含量相似的微觀區(qū)域變小，隨后的快冷（104C/S）中不同微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細小馬氏體組織。由于快速加熱，珠光體組織通過無擴散轉(zhuǎn)化為奧氏體組織；由于快速冷卻，奧氏體組織通過無擴散轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，同時殘余奧氏體量增加，碳來不及擴散，使過冷奧氏體碳含量增加，馬氏體中碳含量增加，硬度提高。激光加熱表面淬火后，工件表層獲得極細小的板條馬氏體和攣晶馬氏體的混合組織，且位錯密度極高，表層硬度比淬火+低溫回火提高20%，即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。激光淬火硬化層深度一般為0.3?1mm，硬化層硬度值一致。隨零件正常相對接觸摩擦運動，表面雖然被磨去，但新的相對運動接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不會發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損，磨損隨之加劇的現(xiàn)象，耐磨性提高了50%，工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織，淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高，特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理，而這些部位是其它表面淬火方法極難做到的。淬火處理的常見問題Ms點隨C%的增加而降低，淬火時，過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度稱之為Ms點，轉(zhuǎn)變完成之溫度稱之為Mf點。C%含量愈高，Ms點溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約為350r左右，W0.8%C碳鋼就降低至約200°C左右。淬火液可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?、 水中加入食鹽可使冷卻速率加倍：鹽水淬火之冷卻速率快，且不會有淬裂及淬火不均勻之現(xiàn)象，可稱是最理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。2、 水中有雜質(zhì)比純水更適合當(dāng)淬火液：水中加入固體微粒，有助於工件表面之洗凈作用，破壞蒸氣膜作用，使得冷卻速度增加，可防止淬火斑點的發(fā)生。因此淬火處理，不用純水而用混合水之淬火技術(shù)是很重要的觀念。3、 聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度調(diào)配出由水到油之冷卻速率之淬火液，甚為方便，且又無火災(zāi)、污染及其他公害之慮，頗具前瞻性。4、 干冰加乙醇可用於深冷處理溶液：將干冰加入乙醇中可產(chǎn)生76C之均勻溫度，是很實用的低溫冷卻液。鋼淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻時，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產(chǎn)生。因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。1、 理想淬火冷卻速度由共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線得知，要得到馬氏體，淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。但是淬火鋼在整個冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。關(guān)鍵是在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的C曲線鼻尖附近，即在650?400C的溫度范圍內(nèi)要快速冷卻。而從淬火溫度到650C之間以及400C以下，特別是300?200C以下并不希望快冷。因為淬火冷卻中工件截面的內(nèi)外溫度差會引起熱應(yīng)力。另外，由于鋼中的比容(單位質(zhì)量物質(zhì)的體積)不同，其中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，因此，馬氏體的轉(zhuǎn)變將使工件的體積脹大，如冷卻速度較大，工件截面上的內(nèi)外溫度差將增大，使馬氏體轉(zhuǎn)變不能同時進行而造成相變應(yīng)力。冷卻速度越大，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力越大，鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中便容易引起變形與裂紋。2、 常用淬火介質(zhì)工件淬火冷卻時，要使其得到合理的淬火冷卻速度，必須選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的冷卻介質(zhì)是水和油。當(dāng)冷卻介質(zhì)為20C的自來水，工件溫度在200?300C時，平均冷卻速度為450C/s；X件溫度在340C時，平均冷卻速度為775C/s；H件溫度在500?650C時，平均冷卻速度為135C/s。因此，水的冷卻特性并不理想，在需要快冷的500?650C溫度范圍內(nèi)，它的冷卻速度很小，而在200?300C需要慢冷時，它的冷卻速度反而很大。水水是應(yīng)用最早、最廣泛、最經(jīng)濟的淬火介質(zhì)，它價廉易得、無毒、不燃燒、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、冷卻能力強。通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場作用等，均可以改善水的冷卻特性，減少變形和開裂，獲得比較理想的淬火效果。但由于這些方法需增加專門設(shè)備，且工件淬火后性能不是很穩(wěn)定，所以沒有能得到廣泛推廣應(yīng)用。所以說。純水只適合于少數(shù)含碳量不高、淬透性低且形狀簡單的鋼件淬火之用。淬火油用于淬火的礦物油通常以精制程度較高的中性石蠟基油為基礎(chǔ)油，它具有閃點高、粘度低、油煙少，抗氧化性與熱穩(wěn)定性較好，使用壽命長等優(yōu)點，適合于作淬火油使用。淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件。淬火油對周圍環(huán)境的污染大，淬火時容易引起火災(zāi)。影響淬火油冷卻能力的主要因素是其粘度值，在常溫下低粘度油比高粘度油冷卻能力大，溫度升高，油的流動性增加，冷卻能力有所提高。適當(dāng)提高淬火油的使用溫度，也能使油的冷卻能力提高。熔鹽，熔堿這類淬火介質(zhì)的特點是在冷卻過程中不發(fā)生物態(tài)變化，工件淬火主要靠對流冷卻，通常在高溫區(qū)域冷卻速度快，在低溫區(qū)域冷卻速度慢，淬火性能優(yōu)良，淬透力強，淬火邊形小，基本無裂紋產(chǎn)生，但是對環(huán)境污染大，勞動條件差，耗能多，成本高，常用于形狀復(fù)雜，截面尺寸變化懸殊的工件和工模具的淬火。熔鹽有氯化鈉，硝酸鹽，亞硝酸鹽等，工件在鹽浴中淬火可以獲得較高的硬度，而變形極小，不易開裂，通常用作等溫淬火或分級淬火。其缺點是熔鹽易老化，對工件有氧化及腐蝕的作用。熔堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀等，它具有較大的冷卻能力，工件加熱時若未氧化，淬火后可獲得銀灰色的潔凈表面，也有一定的應(yīng)用。但熔堿蒸氣具有腐蝕性，對皮膚有刺激作用，使用時要注意通風(fēng)和采取防護措施。新型淬火介質(zhì)及其應(yīng)用有機聚合物淬火劑近年來，新型淬火介質(zhì)最引人注目的進展是有機聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用。這類淬火介質(zhì)是將有機聚合物溶解于水中，并根據(jù)需要調(diào)整溶液的濃度和溫度，配制成冷卻性能能滿足要求的水溶液，它在高溫階段冷卻速度接近于水，在低溫階段冷卻速度接近于油。其優(yōu)點是無毒，無煙無臭，無腐蝕，不燃燒，抗老化，使用安全可靠，且冷卻性能好，冷卻速度可以調(diào)節(jié)，適用范圍廣，工件淬硬均勻，可明顯減少變形和開裂傾向，因此，能提高工件的質(zhì)量，改善工作環(huán)境和勞動條件，給工廠帶來節(jié)能、環(huán)保、技術(shù)和經(jīng)濟效益。目前有機聚合物淬火劑更在大批量、單一品種的熱處理上用得較多，尤其對于水淬開裂，變形大，油淬不硬的工件，采用有機聚合物淬火劑比淬火油更經(jīng)濟、高效、節(jié)能。從提高工件質(zhì)量、改善勞動條件、避免火災(zāi)和節(jié)能得角度考慮，有機聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢，是淬火介質(zhì)的主要發(fā)展方向。有機聚合物淬火劑的冷卻速度受濃度，使用溫度和攪拌程度3個基本參數(shù)的影響。一般來說，濃度越高，冷卻速度越慢；使用溫度越高，冷卻速度越慢；攪拌程度越激烈，冷卻速度越快。攪拌的作用很重要；1使溶液濃度均勻；2加強溶液的導(dǎo)熱能力從而保證淬火后工件硬度高且分布均勻，減少產(chǎn)生淬火軟點和變形，開裂的傾向。通過控制上述這些因素，可以調(diào)整有機聚合物淬火劑的冷卻速度，從而達到理想的淬火效果。一般來說，夏季使用的濃度可低些，冬季使用的濃度可高些，而且要有充分的攪拌。有機聚合物淬火劑大多制成含水的溶液，在使用時可根據(jù)工件的特點和技術(shù)要求，加水稀釋成不同的濃度，便可以得到具有多種淬火烈度的淬火液，以適應(yīng)不同的淬火需要。不同種類的有機聚合物淬火劑具有顯著不同的冷卻特性和穩(wěn)定性，能適合不同淬火工藝需要。目前世界上使用最穩(wěn)定，應(yīng)用面最廣的有機聚合物淬火劑是聚烷二醇（PAG）類淬火劑。這類淬火劑具有逆溶性，可以配成比鹽水慢而比較接近礦物油的不同淬火烈度的淬火液，其濃度易測易控，可減少工件的變形和開裂，避免淬火軟點的產(chǎn)生，使用壽命長，適合于各類感應(yīng)加熱淬火和整體淬火。（5）如何從淬火冷卻特性選擇淬火介質(zhì)選擇淬火介質(zhì)，應(yīng)當(dāng)同時兼顧到對淬火介質(zhì)冷卻特性、穩(wěn)定性、可操作性、經(jīng)濟性和環(huán)保等方面的要求。在這些要求中，最重要的是淬火介質(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)的可實用的原則方法。鋼件淬火冷卻，希望的效果有三：1.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？一一關(guān)于這類實際生產(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)實用的原則方法。本文以過去工作為［4、6］基礎(chǔ)，從討論實際生產(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油和自來水的冷卻速度分布（如圖1）可以看出，普通機油的冷卻速度慢，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，自來水和普通機油之間有一個寬廣的"中間地帶"，只有普通機油和自來水的工廠，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，如果將機油的冷卻速度提高，該工件淬火硬度也會相應(yīng)提高。我們假定，當(dāng)機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時獲得前述三項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?；蛘哒f，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。事實上，淬火冷卻過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?？梢钥闯?，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。圖5按淬火冷卻速度大小將端淬曲線分成四個區(qū)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)實際工件的情況和淬火方法之不同，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)。由于冷卻速度帶進入第I冷速區(qū)會發(fā)生淬裂和變形，而進入第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，淬火時，進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。圖6工件的淬火效果-冷卻速度分布分區(qū)圖分區(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2兩例分析及選擇冷速分布的五原則例一、某廠在進口的多用爐中對該廠生產(chǎn)的汽車齒輪進行滲碳淬火，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低于新油，以至在這一階段使其冷卻速度曲線進入了第III（即不足）冷速區(qū)，所以淬火硬度偏低。北京華立精細化工公司對該廠舊油進行了改性添加，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，冷卻水滲透進去并部分乳化在油中造成的。乳化進油中的水量高達4%。圖9是該廠已進水的舊油和無水的新油之冷卻速度對比。含水舊油的GM時間遠高于新機油，只因其蒸氣膜階段太長，在高溫階段進入了第111冷速分布區(qū)，因而引起淬火硬度低、變形大。對該油進行除水處理后，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°C冷到300r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］，再歸納實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出以下五項選擇原則：一看鋼的含碳量多少一一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（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?。再從允許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一一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一一工件表面一冷到Ms點，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，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)雜程度一一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)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一一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，加上粘度遠比水高，使淬火用油的冷卻速度，尤其是低溫階段的冷卻速度遠比水低。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?？梢酝浦话阏f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°C冷速"則可以減小這種危險。水性淬火劑（液）的"300C冷速"越低，防止淬裂的能力就越強，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60C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入其第m冷速區(qū)，從而引起淬火硬度不足和大的變形。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60C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，普通機油（如32號機油）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，只配備普通機油和自來水是不夠的。那么，一般機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（槽）：將普通機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。一種性能穩(wěn)定、可操作性強的水溶性淬火液，其30r液溫，不攪動情況下的300r冷速在20?30°C/s之間。一種性能穩(wěn)定、可操作性強的水溶性淬火液，其30C液溫，不攪動情況下的300C冷速在50?70C/s之間。自來水如果所處理的工件種類不太多，也可以用一種300C冷速在30?50C/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：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)中淬火而都達到該工件的熱處理要求。為什么多種不同的工件可以在同一種淬火介質(zhì)中淬火而都達到各自的熱處理要求。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。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。對水性淬火液，從冷卻速度分布曲線上看，它的300C冷卻速度越低，則它適用的鋼種和工件就越多。(6)自來水做淬火介質(zhì)的兩大缺點從自來水淬火時工件容易淬裂、硬度不均且畸變大等現(xiàn)象，列出了自來水作為淬火介質(zhì)的兩大缺點：一是低溫冷卻速度太快，二是冷卻特性對水溫變化太敏感。分析了自來水第二大缺點引起淬火硬度不均和畸變的原因。通過與氣態(tài)介質(zhì)的對比，指出了液態(tài)淬火介質(zhì)共同的兩類缺點：一是任何確定的液態(tài)介質(zhì)，其冷卻速度的可調(diào)節(jié)范圍都很有限，以致同一個車間必須配備普通淬火油、中速淬火油和高速淬火油，才能滿足不同工件的需要；二是工件從蒸汽膜階段到沸騰階段期間，冷卻速度突然增大，可能引起較大的淬火變形。提供了克服液態(tài)淬火介質(zhì)第二類缺點的七類技術(shù)方法。關(guān)鍵詞：水；淬火介質(zhì)；淬火冷卻；淬火冷卻畸變1自來水的兩大缺點多數(shù)工件用自來水淬火會開裂，淬裂的原因是眾所周知的：自來水的低溫冷卻速度太快。這是自來水的一大缺點。用水作冷卻介質(zhì)，還遇到另外的問題。例如，多個工件采取比較密集的方式同時入水時，淬火后會有顯著的硬度差異。為此，現(xiàn)在的多用爐基本不用水性淬火介質(zhì)。又如，工件上有較深的內(nèi)孔、工件為大薄片狀、以及形狀復(fù)雜時，水淬后往往出現(xiàn)嚴(yán)重的硬度不均和較大的淬火畸變。同樣的情況，在油中淬火時，則不會發(fā)生這樣嚴(yán)重的問題。引起這些問題的原因是，水的冷卻特性對水溫變化太敏感。圖1a是溫度對自來水冷卻特性的影響曲線［1］。容易推知，當(dāng)單個工件在自來水中淬火時，由于形狀或所處位置的原因，工件不同部位的表面接觸的水溫是不同的：工件上的凹進部分接觸的水溫高，而突出部分接觸的水溫則相對要低些。位于下面部分接觸的水溫較低，上面部位接觸的水溫較高。當(dāng)多個工件以比較密集裝掛的方式同時入水時，位于外面的工件接觸的水溫較低，而內(nèi)部的工件接觸的水溫則較高。再加上同一工件朝外的面接觸的水溫較低，朝里的面接觸水溫則較高。不同的水溫對應(yīng)不同的冷卻特性，其結(jié)果就引起了上述種種問題。圖1b為溫度對油的冷卻特性的影響曲線。由圖1的對比，可以看出水溫對冷卻特性的影響是很大的。我們把冷卻特性對液溫變化太敏感列為自來水的第二大缺點。有機聚合物水溶液，比如PAG淬火液、聚乙烯醇水溶液等也都有相同的缺點。圖1c為不同液溫的10%硫酸鈉水溶液的冷卻特性曲線。由圖1c可見，10%的無機鹽（或堿）溶入水中，可以大大減小冷卻特性對水溫的敏感性程度。與單純自來水相比，直到水溫達至70°C，其冷卻特性對液溫的敏感程度還是比較小的。表1為自來水、PAG淬火液和淬火油等液體介質(zhì)的上述兩項特性。上述對液溫的敏感性，主要是通過液溫對冷卻過程中蒸汽膜階段長短的影響，而最終反映在同一工件的不同部位之間、不同工件之間、以及不同批次淬火工件之間出現(xiàn)大的硬度差異和嚴(yán)重的淬火中畸變上。表1不同種類液體介質(zhì)的兩大特點對比Table1Comparisonoftwomainfeaturesofdifferentliquidquenchingmedium介質(zhì)名稱自來水油PAG淬火液10%無機鹽（或堿）的水溶液熔融鹽?。ㄈ缦觖}?。┓乐逛摷懔训哪芰Σ詈脻舛冗m當(dāng)時相當(dāng)好差好冷卻特性對液溫的穩(wěn)定性差好較差較好好2冷卻速度曲線上出現(xiàn)3個區(qū)段的條件在研究無機鹽水溶液時，曾經(jīng)有過一種錯誤的說法：“在任何液體介質(zhì)中淬火冷卻，都會出現(xiàn)蒸汽膜（膜沸騰）階段、（泡）沸騰階段和對流冷卻階段”。即便在采用1000張/s的快速攝影也沒有發(fā)現(xiàn)蒸汽膜階段時，也仍然堅持這一看法。為了說明上述說法的錯誤所在，我們簡單分析一下上述3個階段的成因。在冷卻的蒸汽膜階段，紅熱工件被水蒸氣包裹著，如圖2所示。此時，工件表面向外部散熱是通過熱輻射和水蒸氣的對流來實現(xiàn)的。其中，熱輻射的作用最大?？枯椛錈嵋约皩α鱾鬟f的熱使包裹蒸汽膜的汽一液界面發(fā)生沸騰。沸騰產(chǎn)生的水蒸氣充實進蒸汽膜中，使膜內(nèi)的蒸汽壓足以抵擋外部液體的壓力，則蒸汽膜得以維持。我們知道，物體表面向外輻射的熱量與該表面的絕對溫度的4次方成正比。因此，工件表面溫度越高，汽一液界面上的沸騰就越激烈。其結(jié)果蒸汽膜就越厚，也越穩(wěn)定。由于穩(wěn)定的蒸汽膜階段幾乎沒有氣泡進入液相中，我們可以把氣液界面包裹著的部分看成一個體系。這個體系的外部是氣體，里面包裹著的是固體。這個體系對外的熱散失主要是靠對流來進行。接觸上述體系的液體被加熱，再通過對流把熱量帶到更遠處。其情形就像始終保持在100C的工件在水中的散熱情況一樣。隨著冷卻的進行，工件表面溫度降低，汽一液界面上沸騰的激烈程度會迅速降低。蒸汽膜階段的冷卻速度隨之減小。由于沸騰區(qū)域的汽一液界面上發(fā)生著的是水蒸汽?水的雙向變化，當(dāng)水沸騰產(chǎn)生的水蒸氣的量少于膜內(nèi)的水蒸氣變成水所損失的量時，包裹工件的蒸汽膜就會變薄。當(dāng)蒸汽膜內(nèi)保有的水蒸氣少到不能抵擋外部液體的壓力時，蒸汽膜就會破裂。蒸汽膜階段也就終止了。工件上該部位也就進入了沸騰冷卻階段。綜上所述，工件（或探棒）冷卻過程中是否出現(xiàn)蒸汽膜階段，完全決定于工件表面的溫度高低。只有工件表面溫度超過一定程度后，冷卻過程中才會出現(xiàn)蒸汽膜階段。這個特定的溫度值是隨工件的特點、所用介質(zhì)的特性和其它有關(guān)條件而變的。只有工件的表面溫度高于上述特定的溫度值時，才可能出現(xiàn)和維持冷卻的蒸汽膜階段。低于這個值，就形不成完整而穩(wěn)定的蒸汽膜，也就見不到冷卻的蒸汽膜階段。我們把這個特定溫度叫做該介質(zhì)在當(dāng)時的使用條件下的特性溫度。和在統(tǒng)一約定的條件下，評價不同介質(zhì)品種的冷卻特性的標(biāo)準(zhǔn)相比，上述特定溫度應(yīng)當(dāng)是廣義的特性溫度；而標(biāo)準(zhǔn)中的則是狹義的特性溫度。狹義的特性溫度的測定條件大多是：在介質(zhì)不攪動的條件下，水性樣品用30C的液溫，快速油用50C的油溫，熱油用100C的油溫。同時要說明的是，采用熱電偶熱端位于探頭中心的測定標(biāo)準(zhǔn)側(cè)出的特性溫度值，總是低于工件表面實際的特性溫度值。此外，我們從道理上討論特性溫度問題時，用的是工件表面的實際的特性溫度，也就是廣義的特性溫度。實際工件淬火時，表面的不同部位在不同的時間接觸的介質(zhì)的特性溫度是不相同的，并且是在變化的。工件表面溫度低于介質(zhì)的上述特性溫度，就進入沸騰冷卻階段。在沸騰冷卻階段，工件的散熱途徑更為多樣，既包含介質(zhì)與工件表面直接接觸的熱轉(zhuǎn)遞散熱、介質(zhì)變成蒸汽的吸熱，也包括所有情況下的表面熱輻射散熱和對流傳熱散熱。當(dāng)表面溫度降低到稍高于介質(zhì)的沸點溫度時，沸騰冷卻階段就結(jié)束了。繼續(xù)冷卻就主要靠介質(zhì)接觸工件的熱轉(zhuǎn)遞和介質(zhì)的對流散熱來完成，直至工件表面溫度與介質(zhì)溫度相同為止。綜上所述，在液體介質(zhì)中做淬火冷卻，當(dāng)介質(zhì)的平均溫度低于介質(zhì)的沸點溫度時，可能出現(xiàn)的冷卻階段為：①如果淬入工件的表面溫度高于所用介質(zhì)的