热处理淬火冷却技术（三）

HEATS · 发表于 2010-9-12 13:59:24

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8 采用双（或者多）介质淬火等操作方法来解决特定的热处理问题。
水淬－油冷是最普通的例子。这类方法的思路是在工件的不同温度范围使用不同的淬火介质。高温阶段水冷却快，有利于防止过冷奥氏体发生珠光体转变，因此选择水来加以冷却。低温阶段油的冷却烈度比较缓和，能够防止工件发生淬火开裂，因此选择油来加以冷却。按照这种思路，高温阶段还可以选择PAG水溶液、盐水或者碱水等等。低温阶段可以选择快速淬火油、PAG水溶液、低温盐浴、浆状介质、风冷以及静止空冷等等。不同的搭配，就有不同的适用范围。图6是采用水淬－油冷，以及采用水淬－浆状介质冷却方法获得的冷却特性曲线图。双介质淬火中，水淬－油冷的难点有两个，一是工件从前一种介质向后一种介质的转移时间，另一个是转移操作。从图6（a）和（b）的对比中，可以看出，由于浆状介质具有适当快的低温冷却速度，水淬－浆状介质冷却对转移时间的要求不那么苛刻。一般说，只要能解决好这一转移过程的操作和时间控制问题，双介质淬火法就可能在大生产中得到推广应用。分级淬火、间断淬火等方法，实质上也属于多介质淬火方法。

图6 双液淬火的冷却速度曲线
a）水-普通机油b）水-浆状介质

三关于液态淬火介质的第二个共性缺点

图7 160℃硝盐浴与今禹Y15-II淬火油的冷速曲线对比

图7是某厂使用的一种快速淬火油与160℃低温盐浴的冷却特性对比。图中，淬火油的冷却速度相当快：到300℃的时间11.2秒，300℃的冷却速度18℃/S。在淬火冷却的所有温度范围，160℃的低温盐浴的冷却速度都高于该快速淬火油。生产应用证明，多数工件在上述160℃低温盐浴中淬火后，变形程度比在上述快速油中淬火要小。在热处理行业，至今还有这样的说法：“淬火介质的冷却速度越快，工件的淬火变形就越大”。显然，上述生产实践与这种说法是不一致的。在上述快速淬火油中淬火变形更大的原因，是工件在淬火冷却过程中遇到了特性温度问题；而低温盐浴的特性温度高于工件的加热温度，冷却过程中就没有特性温度问题。
在淬火冷却过程中，放在不同位置的工件，以及同一工件的不同部位，因为冷却条件不同，会在不同时间遭遇特性温度麻烦，结果由此引起的淬火变形量就具有很大的分散性。这是特性温度问题引起的淬火变形的一个重要特点。图8是一种齿轮在220℃低温盐浴和120℃热油中淬火后的淬火变形情况对比。图中，和盐浴淬火相比，热油淬火的变形程度大而且特别分散。除了引起淬火变形之外，包含特性温度问题的淬火冷却，还常常因为蒸汽膜阶段的冷却速度慢，而引起工件的淬火硬度不均。

图8 100℃油浴与220℃盐浴的变形情况

    凡是工件的入液温度高于介质的特性温度，而冷却的终止温度又低于介质的特性温度的淬火冷却过程，都会遇到特性温度问题。自来水的特性温度随着水温升高而迅速降低，会使工件上接触不同水温的部分遇到不同的特性温度问题。所以，在自来水中淬火，常常出现硬度不均和大的淬火变形。淬火油的特性温度比较稳定，即油温变化对油的蒸汽膜阶段的长短影响很小。因此，工件在油中淬火时，特性温度问题较小。
    在最近发表的文章中，对液态淬火介质的特性温度问题已做了详细讨论，并指出了热处理生产中避开、克服或者减轻这一缺点的7种原则方法，可供参考。
    四淬火介质的研究开发历程就是克服这两个共性缺点的过程
    虽然液态淬火介质都具有共性的两个缺点，在热处理生产中，过去使用，现在使用，将来还要大量使用它们。回顾中外冶金史，从寻找合适的淬火介质、研究开发新的淬火介质品种、创造新的淬火方法、采用各种工装具和相关设备等等，所有这些工作都与液态淬火介质共性的两个缺点密切相关。过去的多数工作，重点在克服液态介质的第一个缺点上。这是因为过去对热处理质量要求不很高，尤其是在淬火变形上。现在和将来的热处理，对工件的淬火变形提出了越来越高的要求。因此，我们认为，研究液态淬火介质的特性温度问题，开发和使用特性温度问题比较小的淬火介质，发展能减轻特性温度问题的不利影响的使用技术等工作，应当成为现在和今后一定时期的一项重要课题。
    自来水是既清洁又廉价的冷却介质。任何场合，只要自来水能满足热处理要求，恐怕就不会再有人去寻找其他的冷却介质。按这个道理，一种新型的液态淬火介质是否能得到推广应用，关键是看它能否克服自来水的至少一个缺点。否则，就不如用自来水了。由此，有理由说，“能同时克服自来水的两大缺点，又有更宽的适用范围的新型淬火介质及其相关的配套技术”，是我们今后冷却技术研究开发工作共同的努力目标。

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