第3章-淬火介質

1、第第3章章 鋼的淬火及回火鋼的淬火及回火 3.1 淬火的定義、目的和必要條件淬火的定義、目的和必要條件3.2 3.2 淬淬火介質火介質冷卻速度冷卻速度曲線曲線在馬氏體轉變區(qū)需慢在馬氏體轉變區(qū)需慢冷才能減少組織應力冷才能減少組織應力, , 降低降低淬淬火變形和開裂火變形和開裂傾向傾向。應當具有在應當具有在（500500600600）時時、時時的的特性特性。500500600600理想的冷卻介質：理想的冷卻介質：圖圖 鋼的合理淬火過程示意圖鋼的合理淬火過程示意圖3.2.1 3.2.1 淬淬火介質火介質的冷卻作用的冷卻作用 淬淬火介質火介質的的分類分類淬淬火時火時的的淬淬火介質火介質 , 包括水質包

2、括水質淬淬火火劑、劑、油油質質淬淬火劑和水溶液等火劑和水溶液等。（沸點大都低于工件的沸點大都低于工件的淬淬火加熱溫度火加熱溫度）根據根據物理物理特性特性(2類類)淬淬火時火時的的淬淬火介質火介質 , 包括各種熔鹽、熔堿、融熔金屬等包括各種熔鹽、熔堿、融熔金屬等。（沸點大都沸點大都高于高于工件的工件的淬淬火加熱溫度火加熱溫度）。）。汽化沸騰汽化沸騰輻射輻射傳導傳導對流對流 輻射輻射傳導傳導對流對流淬淬火介質一般的要求火介質一般的要求：無毒、無味、經濟、安全可靠無毒、無味、經濟、安全可靠; ;不易腐蝕工件不易腐蝕工件, ,淬淬火后易清洗火后易清洗; ;成分穩(wěn)定成分穩(wěn)定, ,使用過程中不易變質使用過

3、程中不易變質; ;在過冷奧氏體的不穩(wěn)定區(qū)域應有足夠的冷卻速度在過冷奧氏體的不穩(wěn)定區(qū)域應有足夠的冷卻速度, ,在低溫在低溫馬氏體區(qū)域應具有較緩慢的冷卻速度馬氏體區(qū)域應具有較緩慢的冷卻速度, ,以保證以保證淬淬火質量火質量; ;在使用時在使用時, ,介質介質粘粘度應較小度應較小, , 以增加對流傳熱能力和減少以增加對流傳熱能力和減少損耗損耗。有物態(tài)變化的有物態(tài)變化的淬淬火介質冷卻過程大火介質冷卻過程大致可分為致可分為三個階段三個階段1)1)汽膜階段汽膜階段2)2)沸騰階段沸騰階段3)3)對流階段對流階段當工件進入介質的一瞬間當工件進入介質的一瞬間, ,周圍介質立周圍介質立即被加熱而汽化即被加熱而汽

4、化, ,在工件表面形成一層在工件表面形成一層蒸汽膜蒸汽膜, , 將工件將工件液體介質液體介質。由于。由于, ,如圖中如圖中ABAB段段; ;冷卻開始時冷卻開始時, ,由于工件放出的熱量大于由于工件放出的熱量大于介質從蒸氣膜中帶走的熱量介質從蒸氣膜中帶走的熱量, ,故膜的故膜的, ,隨著冷卻的進行隨著冷卻的進行, ,工件溫度不斷降低工件溫度不斷降低, ,膜膜的厚度及其穩(wěn)定性也逐漸的厚度及其穩(wěn)定性也逐漸，直至破直至破裂而裂而。-。冷卻過程大致可分為冷卻過程大致可分為汽膜階段汽膜階段沸騰階段沸騰階段對流階段對流階段（1 1）汽膜階段汽膜階段 有物態(tài)變化的有物態(tài)變化的淬淬火介質冷卻機理火介質冷卻機理：

5、（2 2）當蒸汽膜破裂后當蒸汽膜破裂后, ,工件即與介質直工件即與介質直接接觸接接觸, ,介質在工件表面介質在工件表面 通過介質的汽化并不斷逸出氣泡通過介質的汽化并不斷逸出氣泡而帶走了大量熱量而帶走了大量熱量, ,使冷卻速度變使冷卻速度變快快. .如圖中如圖中BCBC段段, ,沸騰階段前期冷速很大沸騰階段前期冷速很大, ,隨工件溫隨工件溫度下降度下降, ,其冷速逐漸減其冷速逐漸減, ,此階段此階段一直要持續(xù)到工件冷至介質的沸一直要持續(xù)到工件冷至介質的沸點時為止點時為止, ,這是這是。 有物態(tài)變化的有物態(tài)變化的淬淬火介質冷卻機理火介質冷卻機理：冷卻過程大致可分為冷卻過程大致可分為汽膜階段汽膜階段

6、沸騰階段沸騰階段對流階段對流階段（3 3）對流階段對流階段當工件冷至當工件冷至時時, ,則主要依靠則主要依靠方式進行冷卻方式進行冷卻, ,這時工件的冷速甚至比蒸這時工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還要緩慢汽膜階段還要緩慢, ,如圖如圖CDCD段段, ,隨著工件表面與介隨著工件表面與介質的溫差不斷減小質的溫差不斷減小, ,冷卻冷卻速速度愈來愈小度愈來愈小, ,這是這是。 有物態(tài)變化的有物態(tài)變化的淬淬火介質冷卻機理火介質冷卻機理：冷卻過程大致可分為冷卻過程大致可分為汽膜階段汽膜階段沸騰階段沸騰階段對流階段對流階段3.2.23.2.2 淬火介質冷卻特性的測定淬火介質冷卻特性的測定 淬火介質冷卻能力最常用的

7、表示方法是所謂的.規(guī)定18靜止水的淬火烈度H1，其它淬火介質的淬火烈度由與靜止水的冷卻能力比較而得。 淬火烈度淬火烈度H測量測量-銀球探頭法銀球探頭法3.2.23.2.2 淬火介質冷卻特性的測定淬火介質冷卻特性的測定 試樣溫度與冷卻時間的關系冷卻速度與試樣溫度的關系圖3-4 具有物態(tài)變化的淬火介質冷卻特性曲線示意圖AB氣膜階段，BC沸騰階段， CD對流階段是指蒸汽膜破裂即沸騰階段開始的溫度是指蒸汽膜破裂即沸騰階段開始的溫度 幾種常用淬火介質的淬火烈度幾種常用淬火介質的淬火烈度H 幾種常用淬火介質的淬火烈度幾種常用淬火介質的淬火烈度H不同程度攪拌時幾種常用淬火介質的淬火烈度不同程度攪拌時幾種常用

8、淬火介質的淬火烈度H1 1. .水水右右圖圖是是水在靜止與流水在靜止與流動狀態(tài)下的冷卻特性動狀態(tài)下的冷卻特性,可見靜止水的蒸汽膜可見靜止水的蒸汽膜階 段 溫 度 較 高階 段 溫 度 較 高 , 在在,此階段的冷速緩慢此階段的冷速緩慢,約約180/s.才進入沸騰階才進入沸騰階段段,使冷卻速度急劇上使冷卻速度急劇上升升,.不同溫度的水的冷卻特性. (a) 靜止水， (b)循環(huán)水水作為水作為淬淬火介質的火介質的, ,水溫升高水溫升高, ,冷卻能力便冷卻能力便急劇下降急劇下降, ,并使對應于最大冷速的溫度移向低溫并使對應于最大冷速的溫度移向低溫, ,放使用放使用溫度一般為溫度一般為20402040,

9、 ,最高不許超過最高不許超過6060； , , 易使工件嚴重變形甚至易使工件嚴重變形甚至開裂開裂； , ,因為這些外來質點作為形成蒸汽的核心因為這些外來質點作為形成蒸汽的核心, ,將加速蒸汽將加速蒸汽膜的形成并增加膜的穩(wěn)定性膜的形成并增加膜的穩(wěn)定性 , , 所以當水中混入這些雜所以當水中混入這些雜質時質時, ,工件猝火后易于產生工件猝火后易于產生. .為了提高水的冷卻能力為了提高水的冷卻能力, , 往往往在水中添加往在水中添加- -定量定量( (一般為一般為510%)510%)的的, ,目前比較目前比較普普遍采用的是遍采用的是 , , 其其是蒸汽膜是蒸汽膜階段縮短，特階段縮短，特性溫度提高，從

10、而加快冷卻性溫度提高，從而加快冷卻速度速度. .食鹽水溶液的冷卻能力在食食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時隨食鹽濃度的鹽濃度較低時隨食鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降低。冷卻能力降低。鹽水的鹽水的是在低溫（是在低溫（200 300）區(qū)間冷速仍很大。）區(qū)間冷速仍很大。 食食鹽鹽水水溶溶液液圖3-6 不同成分食鹽水溶液的冷卻特性堿水作為堿水作為淬淬火介質火介質,常用的是常用的是5%l5%NaOH水溶液水溶液.它它.此外它能此外它能,一般不需清理一般不需清理,故又稱其為故又稱其為. 但堿水的應用不如鹽水廣泛但堿水的應用不如鹽水廣泛,其原因是其原因是 NaOH ,淬

11、淬火時有火時有產生產生,以以及及等等.因此未因此未能廣泛應用能廣泛應用 。堿堿水水圖3-7 不同溫度的50%NaOH水溶液的冷卻特性3.油油植物油植物油礦物油礦物油淬淬火火油油是是: 油油的沸點一般比水高的沸點一般比水高150300,其對流階段的開始其對流階段的開始溫度比水高得多溫度比水高得多,由于由于 , 故故低溫區(qū)間的冷速遠小于水低溫區(qū)間的冷速遠小于水,將有利于減少工件的變形與開裂傾向將有利于減少工件的變形與開裂傾向.是是 : , 僅為水的僅為水的 l/51/6. 只能只能用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬淬火火 .此外此外 ,油油經長期使用還會經長期使用還會發(fā)生發(fā)

12、生 , 故需定期過濾或更換新油等。故需定期過濾或更換新油等。提高提高油油溫可降低粘度溫可降低粘度, 增加流動性增加流動性 , 因而可提高其冷卻能力因而可提高其冷卻能力 .油油溫一般應控制在溫一般應控制在 60 80 , 最高不超過最高不超過 100120 即即油油的的工作溫度應保持在閃點由以下工作溫度應保持在閃點由以下 100 左右左右 , 以免著火以免著火 . 閃點閃點( flash point of fuel oil): 全稱全稱燃油閃火點燃油閃火點，在燃油加熱過程中，當點，在燃油加熱過程中，當點火源接近燃油蒸汽和周圍空氣所形成的混合氣時，可產生瞬間即來的火源接近燃油蒸汽和周圍空氣所形成的

13、混合氣時，可產生瞬間即來的閃火現(xiàn)象的最低溫度。是有關安全防火的一個重要指標。閃火現(xiàn)象的最低溫度。是有關安全防火的一個重要指標。 1)高速淬火油高速淬火油淬火油的發(fā)展淬火油的發(fā)展4 有機物質的水溶液及乳化液有機物質的水溶液及乳化液a 有機物水溶液作為淬火介質有機物水溶液作為淬火介質目前各國都在發(fā)展目前各國都在發(fā)展有機物水溶液作為淬火介質有機物水溶液作為淬火介質。一些國家均有。一些國家均有以水基添加有機物和礦物鹽的淬火介質專利。以水基添加有機物和礦物鹽的淬火介質專利。例如美國應用例如美國應用15聚乙烯醇，聚乙烯醇，04抗粘附劑，抗粘附劑，04防泡劑的淬火介質防泡劑的淬火介質。其他國。其他國家也應用

14、類似的淬火介質。家也應用類似的淬火介質。優(yōu)點：優(yōu)點：目前最常用的有機物質的水溶液為聚乙二醇水溶液，并目前最常用的有機物質的水溶液為聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蝕劑，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發(fā)生以防在淬火后清理前停放的有限時間內發(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(不必軟化處理不必軟化處理)調節(jié)到一定濃度，可不經處理直接從下水道排走等調節(jié)到一定濃度，可不經處理直接從下水道排走等優(yōu)點。優(yōu)點。(4) 有機物質的水溶液及乳化液有機物質的水溶液及乳化液b 乳化液作為淬火介質乳化液作為淬火介質 最

15、常用的乳化液是礦物油與水經強烈攪拌及振動而成最常用的乳化液是礦物油與水經強烈攪拌及振動而成。即一。即一種液體以細小的小滴形式分布在另一種液體中呈牛奶狀溶液，故種液體以細小的小滴形式分布在另一種液體中呈牛奶狀溶液，故稱稱乳化液乳化液。如果水形成外相，油滴在水中則稱油水乳化液。如果水形成外相，油滴在水中則稱油水乳化液。要使要使這種分布狀態(tài)穩(wěn)定，除了上述機械振動外，還應加入乳化劑這種分布狀態(tài)穩(wěn)定，除了上述機械振動外，還應加入乳化劑。這這種乳化劑作為表面活性物質富集在界面上，通過降低界面張力，種乳化劑作為表面活性物質富集在界面上，通過降低界面張力，使乳化穩(wěn)定。使乳化穩(wěn)定。 乳化液一般用于火焰淬火和感應淬火時的噴水淬火，乳化液一般用于火焰淬火和感應淬火時的噴水淬火，一般要一般要求有求有高的穩(wěn)定性高的穩(wěn)定性，在使用和放置時間內不分解；噴射到工件