鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

淬火介質不僅影響鍛件力學性能,金相組織,還可能產生變形和裂紋,所以必須選擇合適的淬火介質,並維護和保養好淬火介質。

理想的淬火介質冷卻特性:碳鋼和低合金鋼在650℃以上奧氏體比較穩定,以較悛的速度冷卻,以減少工件因內外溫差而引起的溫度應力;在650℃〜450℃,要求有足夠快的冷卻速度(超過臨界冷卻速度)低於400℃特別是在M.點(馬氏體開始轉變點)以下應該緩慢冷卻,以減少組織應力,防止過大變形和淬裂。理想的淬火冷卻曲線如圖。

鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

淬火冷卻時,為獲得馬氏體或貝氏體組織,必須快冷。但同樣是獲得馬氏體,各種鋼的臨界冷卻速度卻不一樣,過快冷卻,會造成內部應力過大,引起變形甚至開裂。因此,為減小變形或開裂,在滿足能獲得馬氏體或貝氏體的條件下,應使鍛件的實際冷卻速度儘可能的低。

鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

(1)常用冷卻介質有水、水溶液、熔鹽、熔鹼、礦物油。

①水:水是激冷介質,同時又是最便宜、安全、無公害的介適質。但是水並不是理想的介質。在700℃〜800℃,由於形成蒸汽膜幷包圍工件,所以冷卻較慢。在鼻尖區,需要快速冷卻時,其冷卻速度不超過200℃/s。而在不需快冷的區域,如在400℃以下其冷速度由於蒸汽膜破壞而迅速增加到馬氏體轉變區域達到700℃/s。這就造成極大的應力,甚至開裂。

蒸汽膜的形成還使鍛件局部冷速過慢,因而得不到馬氏體,形成軟點。隨著水溫增髙,其冷卻能力急劇下降。水溫在40℃時,鼻尖處的冷速僅為100℃/s。所以要想淬火質量均勻,應將水溫保持在151〜251,這樣必須不斷補充新水。為了減少軟點,還應使水循環,工件表面的水不停流動。

當水中有土、油、肥皂等物質時,蒸汽膜形成速度加快,大大降低了冷卻能力。並影響冷卻均勻性,使鍛件產生軟點。所以保持冷卻水清潔很重要。用壓縮空氣攪拌水並不合理,因為它會使水中溶入大量氣體。

鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

②鹽水:為了破壞蒸汽膜所造成的不良影響,在水中加入鹽、鹼等物質,配成鹽水和鹼水溶液。淬火時,鹽在熱的工件表面上結晶析出,併發生爆裂,不僅使蒸汽膜破壞,還可以使鍛件的氧化皮脫落。所以在鹽水中淬火,工件表面很乾淨。

在水中加入5%-10%NaCl,在鼻尖處的冷卻能力可達1000℃/s(採用φ20mm銀探頭測量)。而在低溫時與清水冷卻速度接近。這樣鍛件更易獲得均勻的髙硬度和較深的淬硬層。所以在工業上很少用清水淬火,而大多用NaCl水溶液。

③鹼水:在水中加入10℃〜15%NaOH時,在650℃〜550℃的鼻尖處,冷卻速度高於鹽水。而在低溫時低於鹽水。工件不但可得到高硬度,而且也不產生軟點,還會減少鍛件變形和開裂,是比較理想的碳鋼冷卻介質。另外,鹼與金屬作用,會析出氫,使氧化皮脫落,獲得銀白色工件表面。但是NaOH只使用不方便,有腐蝕,對人皮膚有刺激。並且,NaOH可吸收空氣中的CO2變成Na2CO3:從而降低了冷卻能力。而旦鹼溶液極易變質。由於上述原因,鹼液使用不如鹽溶液普遍。

鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

溫度對鹽水和鹼水冷卻能力影響不大。鹽水可使用到50℃,鹼水可使用到60℃:。工件在鹽水及鹼水中冷卻後,應清洗乾淨,否則會造成工件腐蝕。

④礦物油:植物油也可用作冷卻介質,但易分解老化,且價格又貴。現已完全被礦物油所取代。礦物油冷卻速度慢,在鼻尖區其冷卻能力在100℃/s左右,但在300℃以下其冷卻速度很慢,因而減小了鍛件變形和開裂。由於油的冷卻能力很低,因此只適合C曲線靠右邊的鋼種或要求硬度不高的碳鋼件。

隨著油溫升高,其黏度變低,流動性變好,冷卻能力增強。但溫度太高會引起火災,這是應該特別小心的。一般規定油溫在80℃以下使用。

生產上使用的礦物油介質多數是10#〜30#機油,其中90%使用N22、N32機械潤滑油,或相應的錠子油。號數大則黏度大,冷卻能力低。

由於油與熾熱工件接觸,會使油分解,併產生油渣。另外油還會不斷氧化,這些都會使油的冷卻能力降低,造成油老化。常用水、水溶液及油的冷卻能力見表中說明。(採用φ20mm銀探頭測量)。

鍛造生產中鍛件淬火介質的類型

⑤快速淬火油:在油內加人高效的催冷劑,製成快速淬火油。

(2)高分子聚合物淬火介質:其是高分子聚合物的水溶液,配以適量防腐劑、消泡劑和防鏽劑,使用時根據需要加水稀釋成不同濃度的溶液,可以得到水、油之間或比油更慢的冷卻能力,它不燃燒,沒有煙霧,被認為最有發展前途的淬火油代用品,採用水溶液淬火介質時往往在鍛件表面形成一層聚合物薄膜,濃度越髙,冷速越慢,液溫升髙,冷速減慢,攪動則使冷速加快。

高分子聚合物淬火介質種類很多,其中使用較多的是聚烷撐乙二醇(PAG)水溶液淬火介質,其冷卻能力覆蓋了水與油之間全部領域,並可以通過控制濃度和攪拌對其冷卻速度進行調整,有良好浸溼特性,鍛件冷卻均勻性好,在長期使用中性能比較穩定,已被廣泛應用。

目前,作為淬火介質,約50%使用鹽、鹼水溶液,約40%使用油,約3%使用高分子聚合物水溶液,約1%使用高壓惰性氣體,今後高分子聚合物水溶液必將獲得快速發展和使用。


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