PDF《液态淬火冷却介质共性的两个缺点及其对策》

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09 版Date : 2009-01-05 液态淬火冷却介质共性的两个缺点及其对策 北京华立文章转载 在研究自来水作为淬火介质的两大缺点的文章中,附带提出了液态淬火介质具有两个共性的缺 点[1] .缺点之一是:任何一种确定的液态淬火介质,都只有相当有限的适用范围,用于要求更高冷 却速度的工件,将淬不硬;

用于要求更低冷却速度的工件,又会淬裂.缺点之二是:当淬火工件从 高于介质的特性温度冷却下来时,往往在工件的局部区域发生冷却速度突变,因此引起很大的内应 力,从而可能造成超差的淬火变形.本文将全面讨论液态淬火介质这两个共性的缺点,而重点是介 绍克服第一类缺点的各种措施. 一 关于第一个缺点 某些工件 油淬不硬,水淬要裂 曾经是困 扰热处理生产的一个难题.究其原因,普通机 油和自来水都只有有限的适用范围.从冷却速 度分布情况看,在自来水和普通机油之间有一 个相当宽的空白地带,如图

1 所示.以填补这 一空白为目标,通过几十年的工作,研究开发 了多种油性和水性介质,基本上填补了水和普 通机油之间的空白. 到现在, 常用的淬火介质, 按冷却速度由慢到快的次序排列:使用温度较 高的等温分级淬火油(热油)、普通机油、使 用温度较低的等温分级淬火油(半热油)、中 快速淬火油、快速淬火油,随后是高浓度的 PAG 淬火液、中浓度的 PAG 淬火液、低浓度的 PAG 淬火液,自来水、低浓度盐(或者碱)水等. 它们都有各自的优缺点和各自的适用范围.一种淬火油是一种确定的淬火介质.同种水性淬火剂, 配成不同的浓度,就是不同的淬火介质.填补自来水和普通机油之间的空白,需要这么多种不同的 淬火介质!这是液态介质共性的第一个缺点所决定的.当今的高压气淬,选定一种适当的气体,通 过改变气压,就可以获得从静止空冷到中等快速淬火油的不同冷却效果.相比之下,液态介质的这 个缺点也实在太严重了. 二 克服第一类共性缺点的措施 图1自来水和 N32#机油的冷速曲线对比 由于清水的适用范围很有限,从古至今,人们不得不去寻找各式各样的淬火介质,并摸索出多 种巧妙的淬火技术,来满足不同工件的热处理要求.这方面的工作,大致可以归纳成以下几类.

1 寻找或者研究开发多种不同适用范围的淬火介质,来满足不同的需要.这才有我们现在可以 选用的多种淬火介质品种.

2 选择适用范围尽可能宽的淬火介质品种,而不是选择适用范围很窄的和特别专用的淬火介 质.影响淬火介质使用范围宽窄的因素,包括介质的冷却特性对液温的敏感性、对相对流速的敏感 性、介质的使用温度范围宽窄,以及介质的粘度对液温的敏感性等. 一般说,冷却特性对液温的敏感性越大,介质的适用范围越窄.相反,冷却特性对液温的敏感 性越小,介质的适用范围就越宽.这是因为,多个工件同时淬火时,位于不同部位的工件,以及同 一工件的不同部位,接触的液温是不相同的.于是,液温对介质冷却特性的影响越大,淬火后工件 的性能均匀性就会越差.按这一规律,盐(或者碱)水溶液的适用范围就比自来水要宽.而淬火油 的适用范围比相同冷却速度范围的水溶性介质要宽. 相对流速对冷却特性的影响越大,介质的适用范围就越窄.相反,相对流速对冷却特性的影响 越小,介质的适用范围就越宽.这是因为,同时淬火时,位于不同部位的工件,以及同一工件的不 同部位,与之接触的介质的相对流速是不相同的.于是,相对流速对介质冷却特性的影响越大,淬 火后工件的性能均匀性就会越差.一般说,淬火油的冷却特性对相对流速的敏感性较小,而自来水 的敏感性较大.PAG 淬火液主要靠粘附在工件表明的聚合物膜来控制工件冷却速度,只要相对流速 控制在不会冲掉那层聚合物膜的程度,流速大小对冷却特性的影响就会比自来水要小. 介质的使用温度范围宽是我们所希望的.使用范围宽的介质,可以在更广的范围使用,来满足 不同工件的热处理要求.自来水的使用范围窄.淬火油的使用范围相对较宽.对于 PAG 淬火介质, 浊点太低的品种使用的温度范围就很窄,而浊点相对较高的品种使用的温度范围就较宽. 当外力使液体发生流动时,其内部分子之间会产生一定的阻力来妨碍这种流动.这种阻力的大 小就是液体的粘度.粘度是表征润滑油的流动性的主要指标.在其它条件相同时,粘度不同,液体 的流动情况不同.流动情况不同,会进而影响工件获得的冷却效果.尤其是在工件形状较复杂,或 者多个工件同时淬火时,冷却效果的差别会更大些.介质的粘度越高,其实际的冷却能力就越差;