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r 第l7卷 第3期L996年 6月{,乏孚永j国外 金属 热处 理Vo】17H?-3JUN1~95_妻lllll_l_:i 誊感应淬火≥.

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0 0 ) 高塑造 编译

一、前言 控制金属 从高温下的冷 却可以嘭成 硬 的马 氏体组织 , 为 了避 免形成诸 如 球光体 和贝氏体等 不希 望有的 较软的组 织,必须 实现快速冷却.这一点极为重要,园地感 应淬火工艺的冷却工序应予慎 重考虑,尤其是当确 定新的感应设 备 和工 艺时.为了保 证一致的热处理结果,须精确地控制工艺参数对于一个健全的工艺,必须这样拟定工艺参数,即使得预期的参数变化对处理过程没有影响或影响甚微典型的感应热处理 : 【艺受以下八 个 殴备 工艺参数的影响:1)加热时间/扫描速度;

2)功率;

3)频率;

4)工件配置/旋转;

5)急冷流量 ;

6 ) 急冷温度;

7)急冷时问 ;

8 ) 急冷密度.这些参数变 化过大 将导致 出现不 良的 或 不一致的处理 结果 , 其 中包 括淬 硬层深 度、硬度 、 淬硬区范围和 变形等 问题 大多数感应淬火机 床在冷却的 半阶段采用水冷.对一些能 够 自冷 淬火的高淬透性材料的感应淬火 . j F采用任何冷 却液 . 这种情况 发生 在工件的总质量远远 大于被感应加热 部分 的质量或体积时. 在 自冷淬火 中, 不必 加热部分 的体积对进行感 应加热的小薄层 部分体积起着热量吸收器 的作用,从而达到自冷淬 火.喷射和浸液淬火是采 用液体淬硬的两 种最为通 用的方法.在喷射 淬火中,有几种常用的方法,它们包括:渐进扫描加热喷射、加热 后 原位喷射 ( 逐一喷射 淬火 ) 和加热后移位 喷射 在采用高 淬透性材料井要求浅淬硬层的部分应用中,也可采用在加热的同时进行喷射淬火.并且在加热停止后,再继续冷却片刻 . 浸液淬火一般于工件 加热 后在 感应圈 下方位置进行在部分应用中,零件 是浸没在淬火液 中进行感应加热 的 .浸没感应加 热法对 于防止必须有多个 局部淬硬 区的大 零件由于在丹别加热待淬硬区时的热传导,从而导致已淬 硬区被回火 的问题特别有效.过去 , 感应热 处理普 遍 采用纯 油和 水 乳化 油. 由于油使水的冷却能力显著 降低 , 从而减少 了开裂和变形 问题 . 因此 , 采用 了乳化液取代水冷此外,油还可作为防锈剂.纯油冷通常限于用在 浸液淬火 以防着 火,而水乳化 油更 适合于喷液淬火.淬火 剂都 是专用的 水、 聚 台物 水溶 液、乳化油、 盐水、 油乃至铅都可选 用.只有 ・

35 ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 少 量应用宜于水淬 .对于直接水冷淬火应 特别注意,因为锈蚀、细菌生长、工件裂纹和软点 是水淬时常见的一 些问题.采 用直接水淬时,承槽常常涂环氧树脂或用非金属材料制造 , 以避 免锈 蚀等问题 . 往往需要向水 中添加防锈剂 、 防泡沫剂和 杀虫剂 . 一些淬透性 差的材料规定采用水淬.圈l聚台物螽 加剂 比事对冷 却滤事帕 影响聚合物 添加 剂 已成 为感 应热处理 应用中最常 用的冷却剂.用聚 合物 添加剂 可以 减少 乃至消除 变形和淬火 裂纹 , 还具 备复 合 添加剂的一些其它益处如防锈剂防止锈 蚀、杀虫剂减缓细 菌生长等 .此外,聚合物 添加剂是 阻燃 的,并可通过 增 大添加 比率 而使 之更 加有效.为了确保 聚合物 添加剂与 可能用作冷 却剂 的其 它液体 的可溶性 , 在 为每 一项 淬 火工艺选 择聚 合物 添加剂 之前应 向聚合物 添加剂制造厂进行 咨询 . 例如 , 一些杀虫剂 含 有氯 , 它 可能与 碱性 甘醇 相结合 生成氯 化苯 . 此外 , 用户可 以指定硝酸盐基或非硝 酸 盐基聚合物冷却剂 , 以免生成亚硝胺 . 当 将含有胺的不燃烧 的甘醇之类的一些液体 加到硝 酸盐 基聚 合物 冷却剂 中时, 可能 引・36 ・ 起亚硝睃蒸发 . 为 了使 用 户能选 择 出最 适 用的产 品和考虑 可溶性 问题 , 聚合 物淬火 剂 制造 厂应 告知可能作 为 淬火 溶液 的液 体a一―_:lrl}I}一一I圈2.寺却 荆流量 与喷水 管尺寸 的对 应美系 一! 眉一蛔霉1孔尺寸 【 英寸 ) l / 巾:/个一{/一,一./L―. E ;

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I 英勺 ) 圈3啧水孔尺寸对流量和压力的影响

二、给定冷 却系统 的设计 当对 一个给定 冷 却系统进 行设计 时,主要应考虑 以下 几个 问题 : l 、感应 圈上 的流 量要求 ;

2 、通过热交换器 的流量要求 ;

3 、允许 的温度变化范 围;

4 、需要 的过 滤程度;

5需要的升温时间 ;

6 .淬火槽的材料和尺寸 ;

7 .允许的流量变化 . 水流量 是 由工 艺特定 的,并与被淬 材料、淬火 区尺寸和淬火液有关 . 流量 不够会 引起 工件出现软 点,且可能 由于 不均匀 的 维普资讯 http://www.cqvip.com 马 氏体组 织 的膨 胀,引起工件变形.工件上 的总流量是感应器 的喷水孔尺 寸和数量以及 液体压力的函数 为 了确 保 喷液 能完全覆盖整 个淬硬 区,喷水 孔面积 必须 不小 于被 冷却面积 的5~1O'

.喷 水孔尺寸 是被淬冷工件 的直 径或尺 寸以及 淬 火感 应 圈到 工件 距离 的 函数 ,直径12:.7mm (

1 /

2 i n ) 工件的喷水孔应是1.S9mm(

1 /

1 6 i n ) , 直径25.4mm(

1 i f t ) 的工件喷水孔尺寸应是

3 .

1 8 r am(

1 /

8 i n ) . 例如,一个单个直径为1.59tur n(

1 /

1 6 i n ) 的喷水孔,在0.14MP a (

2 0 p s】 额定压力下,通过冷却剂的流量为1.5I/rai n 将 喷水孔 尺寸 增大1倍 至3.18mm(

1 /

8 i n ) , 通过的冷 却剂流 量将增加到4倍 略 多一 点,即6.8L/rai n 为 了避 免过 热 问题 , 规定整个淬火感应器 喷水孔横截面积为感 应器表 面积的

1 O ~1

5 .由于喷水孔数量 增 加导 致感 应器表面积 减少 , 所以 在感应 器表面宽度上的电流密度增 加喷水孔 截 面积 即 出口 面积 与给 水线圈截面积即 入口 面积之比必须小于2l:1的 比率是理想 的 .喷水 孔的孔间距一 般为小于或等于 2个孔直 径 感应设备设 计者应用先前的经验 , 通过计算 、 查表来确 定每一项热处理所要求 的冷 却剂流量 .有 些情况下 , 需要辅加冷却圈和冷却板 . 对于感应淬火工艺,用已知的效率及功率和 时间的计算 以确定 需带走 的热量 . 需带走的总热量可按 B t u ( 奠热量单位 ) 来 确定 , 然 后确定热交换 器尺 寸和 相应 的流 量,现有的冷却塔、 冷凝器及 自来水或井水 的温度也是选择热交接 器的尺寸和类 型的 依据 也可用被加热 ( 冷却) 工件的质量 、 比 热和淬火前后的温差来 确定热 负载 .由于 板式水一水热交换器 效率 高、尺寸小 、 成本 低,所以最常用.图4人口与出 口比值 对流量 和压力 的影响 允许的冷却温度 变化 是淬火工艺 明确 规定 的.太多数感应淬火工艺要求淬火强 度在21~38x范围内变化.如 , 球墨铸铁 曲轴 规定其淬火温度变化范围为32±

3 ℃ . '

温度 传感 器的安 放很关键 , 测温头应 根据 冷却液加热器和从冷却热交换器 回流 的情况 , 安放在 淬火水槽 中的适当位置上 . 最常 采用浸入 式 电加 热器进行 预先 加热 为了使淬火液 保持在 理想温度 范围内, 根 据实际水槽温度 , 需加热时 . 可以接通 浸入 式加热器加热 , 需冷却时 , 可以打 开调 节阀 散热淬火 液: 赶热可 能导致硬度不足,淬火 液太冷可能造成 硬度过高、淬裂和变形.最佳淬冷 温度 的选 择与被淬 硬材料 、 热处 理 规程、 所采用的淬火剂等密切 相关. 一 些工艺要 求在淬火硬化过程 中有两 种旋转速度 例如采用高功率密度 [

3 8

8 ~

4 6 .

5 W/ r am

2 5 ~3

0 k W/ i n ) ] 的齿轮轮廓 淬火,在加热时要求高转速(800~ 】 O O O r p m) , 冷却时要求低转速(40~

6 0 r p m) , 加热 时高转速 可保证在极 短的 加热时间内(O.2∞~0750秒 ) 达到均匀加热,淬冷期 间用较低 转速可 防止........