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热处理淬火介质的发展

1、淬火介质的分类与特性要求

    实际使用的淬火介质种类可分为3种:液体,包括水、无机物水溶液、有机聚合物水溶液、淬火油、熔融金属、熔盐、熔碱等;气体,包括空气、压缩空气、液化气等;固体,包括流态床、金属板等。其中,水、无机物水溶液、有机聚合物水溶液、各种淬火油等在淬火时发生物态变化;而气体、熔融金属、熔盐、熔碱、金属板等则不发生物态变化。
淬火介质的冷却能力主要取决于该介质的组成以及其物理化学性能。在实际生产中,要注意淬火介质冷却特性对淬火工件质量的影响,并根据工件含碳量多少,淬透性高低、有效厚度和形状复杂程度得理想的淬火效果。
    通常对淬火介质特性的要求是应满足钢的奥氏体冷却转变曲线对冷却速度的要求,避免工件变形和开裂;淬火后工件表面应保持清洁,即使有黏附物也易于清洗,不腐蚀工件;在使用过程中性能稳定,不分解、不变质、不老化、易于控制;工件浸入时不产生大量烟雾和有害气体;便于配置、运输和储存,使用安全;原材料易得,成本低廉。

2、常用淬火介质的特点

    (1)水
      水是应用广泛、经济的淬火介质。通过调整温度、压力、流速等参数均可改善水的冷却特性,获得比较理想的淬火效果。纯水只适于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火。

    (2)油
      用于淬火的矿物油通常以精确程度较高的中性石蜡基油为基础油。它具有闪点高、粘度低、油烟少、油垢少、抗氧化性与热稳定性较好、使用寿命长等优点。淬火油对周围环境污染大,淬火时易引起火灾,需配备必要的清洗、通风和安全防火等设施。影响淬火油冷却能力的主要参数是其粘度。由于各种油的组成不同,其密度、粘度和闪点也不尽相同,因而具有不同的种类和使用范围。在油中添加不同的添加剂,再配合搅拌、喷淋等等措施,能大幅度提高淬火油的冷却效果并延长使用寿命。油适于淬透性好、工件壁厚不大、形状复杂、要求淬火变形小的工件。

    (3)熔盐、熔碱
      该类介质淬火性能优良、淬透力强、淬火变形小,基本无裂纹产生;但有污染严重、劳动条件差、能耗高、成本高等缺点。熔盐易老化,熔碱蒸气有一定的腐蚀性。主要适于形状复杂、截面尺寸变化悬殊的工件和工模具的淬火。

3、新型淬火介质及应用

    (1)有机聚合物淬火剂
      有机聚合物淬火剂是近年来引人注目的新型淬火介质。该类淬火介质是将有机物溶解在水中,根据需要调整溶液的浓度和温度。它在高温阶段冷却速度接近于水,在低温阶段冷却速度接近于油。具有无毒、无腐蚀、使用安全、冷却性能良好、应用范围广等优点。有机聚合物淬火剂的冷却温度受浓度、使用温度和搅拌速度等参数影响,不同种类的有机聚合物淬火剂具有不同的冷却特性和稳定性,能适合不同淬火工艺的需要。有机聚合物淬火剂逐步取代淬火油是淬火剂主要的发展趋势。
有机聚合物在国外已有40多年的发展历史,美国、日本和前苏联等国家都进行了大量深入的研究,并取得了广泛的应用。近年来我国也开展了试验研究工作,已有多种有机聚合物淬火剂研制成功。

    (2)无机物水溶液淬火剂
      向水中加入适量的无机盐、碱或其混合物,形成各种不同的无机物水溶液,可提高工件在高温区的冷却速度,改善冷却均匀性,使工件淬火后获得较高的硬度,减小淬火开裂和变形,且无毒、无污染,工件易清洗,使用方便。常用的无机物有:NaCl、NaOH、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、过饱和硝酸盐和水玻璃等,其分别有特定的使用浓度和使用范围。

    (3)流态床冷却
      流态床淬火槽的冷却能力介于空气和油之间,比较接近油。流态床可取代盐浴淬火,为双液淬火、贝氏体等温淬火、马氏体分级淬火提供了可选用的方法,适宜于高淬透性、形状复杂、截面不大的合金钢工件。其发展前景令人瞩目。

4、当前国外比较新的淬火方法

    (1)高压气冷淬火法

      工件在强惰性气流中快速均匀冷却,可防止表面氧化,减小开裂变形,保证硬度,主要用于工、模具钢的淬火。

    (2)强烈淬火法
      采用高压喷射淬火介质喷射在工件表面,通过控制喷射参数获得表面硬度均匀且变形小的优质工件。

    (3)水空气混合剂冷却法
      通过调节水和空气的压力以及雾化喷嘴与工件的距离,使之均匀冷却。该法已成功应用于表面感应加热淬火。

    (4)沸腾水冷却法
      用沸水冷却,可获得较好的硬化效果,用于钢的淬火和正火。

    (5)热油淬火法
      采用热的淬火油,使工件在进一步冷却之前的温度接近Ms点的温度,减小温差,有效防止工件变形和开裂。

    (6)深冷处理法
      将淬火工件冷却到较常温更低的温度,使残留的奥氏体继续转变为马氏体,提高钢的硬度和耐磨性,改进工件的组织稳定性和尺寸稳定性,有效提高模具的使用寿命。

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