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淺析熱處理淬火技術(shù)，淬火的過(guò)程是怎樣的？淬火的介質(zhì)有哪些？-熱處理展-工業(yè)爐展-2024第二十四屆廣州國(guó)際熱處理、工業(yè)爐展覽會(huì)-巨浪展覽—The 24th China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
2024年1月15日 熱處理展-工業(yè)爐展-heat treatment expo-furnace expo |
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熱處理是金屬在加熱到一定溫度時(shí)，通過(guò)保溫、冷卻，獲得預(yù)期組織和性能的一種加工工藝。其基本過(guò)程是將工件加熱到塑性變形溫度，使其達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能、組織形態(tài)或表面狀態(tài)，以獲得所需要的質(zhì)量目標(biāo)。
因此，工件的熱處理必須嚴(yán)格掌握。加熱、保溫和冷卻通常是其三個(gè)步驟，但有時(shí)也只有加熱和冷卻兩個(gè)步驟。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，是非常常用的熱處理手段，其中最流行的方法是通過(guò)一種稱為淬火的方法。
淬火是什么?
淬火是一種金屬熱處理工藝。淬火是指金屬的快速冷卻，以調(diào)整其原始狀態(tài)的機(jī)械性能。為了執(zhí)行淬火過(guò)程，金屬被加熱到高于正常條件的溫度，通常是高于其再結(jié)晶溫度但低于其熔化溫度的某個(gè)溫度。為了讓熱量“浸泡”材料，金屬可以在這個(gè)溫度下保持一段時(shí)間。一旦金屬被保持在所需的溫度，它在介質(zhì)中淬火，直到它回到室溫。該金屬還可以被淬火一段較長(zhǎng)的時(shí)間，以便從淬火過(guò)程的冷卻分布在材料的整個(gè)厚度。
淬火過(guò)程:
在鋼的淬火過(guò)程中，通過(guò)使物體的熱表面與一些較冷的材料接觸而獲得快速的冷卻速度，這些材料可以是氣態(tài)的、液態(tài)的或固態(tài)的。這種操作稱為淬火，包括通過(guò)空氣、水或其他液體噴射冷卻的方法——浸泡在液體中，如鹽水、水、聚合物淬火劑、鹽浴、板間冷卻。
淬火工藝
然而,冷卻的速率(傳熱的速度從身體熱金屬淬火介質(zhì))取決于對(duì)象的截面尺寸,其溫度,其熱性能,其表面的條件至于氧化膜的性質(zhì)和程度的粗糙度,初始溫度的冷卻劑,其沸點(diǎn),冷卻劑的比熱，蒸發(fā)潛熱，蒸汽的比熱，它的導(dǎo)熱系數(shù)，它的粘度和它通過(guò)浸入物體的速度。
在開(kāi)始考慮常用冷卻劑的冷卻特性之前，最好先研究一下，當(dāng)一個(gè)被加熱的鋼鐵物體(比如840°C)被投入一個(gè)靜止的冷水浴中時(shí)，會(huì)發(fā)生什么。
在整個(gè)淬火過(guò)程中，冷卻曲線顯示的不是恒定的冷卻速率，而是三個(gè)階段:
階段A -蒸汽覆蓋階段:
在開(kāi)始淬火后，由于金屬處于高溫，淬火冷卻劑立即蒸發(fā)，一個(gè)連續(xù)的蒸汽毯包裹物體的表面。
現(xiàn)在沒(méi)有液體與金屬表面接觸，熱通過(guò)輻射和通過(guò)水蒸氣層到液-汽界面的傳導(dǎo)從熱表面非常緩慢地逸出。由于蒸汽膜是不良的熱導(dǎo)體，冷卻速度相對(duì)較慢。
階段B -間歇接觸階段(液體沸騰階段):
熱量在這一階段被迅速地蒸發(fā)掉，正如冷卻曲線的陡坡所顯示的那樣。在這一階段，蒸汽覆蓋層間歇性地被打破，使冷卻劑在一瞬間與熱表面接觸，但很快被蒸汽氣泡的劇烈沸騰作用推開(kāi)。氣泡被對(duì)流帶走，液體再次接觸金屬。
這一階段的快速冷卻很快使表面低于淬火介質(zhì)的沸點(diǎn)。然后，蒸發(fā)停止了。第二階段對(duì)應(yīng)100℃~ 500℃的溫度范圍，在這一溫度范圍內(nèi)，奧氏體狀態(tài)下的鋼轉(zhuǎn)變最快(≈CCT曲線的前緣)。因此，這一階段的冷卻速度對(duì)鋼的淬火是非常重要的。
C階段-直接接觸階段(液冷階段):
當(dāng)物體表面的溫度降低到沸點(diǎn)，或低于淬火介質(zhì)時(shí)，這一階段開(kāi)始。蒸汽不會(huì)形成。冷卻是由于對(duì)流和通過(guò)液體的傳導(dǎo)。這一階段的冷卻速率最低。
淬火的目的：（1）大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求；（2）通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
應(yīng)用范圍：淬火工藝應(yīng)用最為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、切削加工機(jī)床、氣動(dòng)工具、鉆探機(jī)械、農(nóng)機(jī)具、石油機(jī)械、化工機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)等零件都在使用淬火工藝。
淬火介質(zhì)
工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。
常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。
水
水是冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。
優(yōu)點(diǎn)： 來(lái)源廣、價(jià)格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì)。
缺點(diǎn)： 冷卻能力不穩(wěn)定，易使工件變形或開(kāi)裂。在C曲線的“鼻子”區(qū)（500～600℃左右），水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會(huì)形成“軟點(diǎn)”；而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（300～100℃），水處于沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過(guò)快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，致使工件變形甚至開(kāi)裂。當(dāng)水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(zhì)（如油、肥皂、泥漿等），均會(huì)顯著降低其冷卻能力。
應(yīng)用： 適用于截面尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的碳素鋼工件的淬火冷卻。
鹽水和堿水
在水中加入適量的食鹽和堿，使高溫工件浸入該冷卻介質(zhì)后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力，其缺點(diǎn)是介質(zhì)的腐蝕性大。
應(yīng)用：一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％。可用作碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不應(yīng)超過(guò)60℃，淬火后應(yīng)及時(shí)清洗并進(jìn)行防銹處理。
油
冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)油（礦物油）。如機(jī)油、變壓器油和柴油等。機(jī)油一般采用10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)機(jī)油，油的號(hào)越大，黏度越大，閃點(diǎn)越高，冷卻能力越低，使用溫度相應(yīng)提高。
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