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深冷处理-齿轮用淬火介质的选择

来源:德捷力     发布日期:2017-12-21

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  深冷处理-齿轮用淬火介质的选择 

  自来水作为淬火介质的最大缺点是其低温冷却速度太快,使多种钢制的工件容易淬裂。引起钢件淬裂的主要原因是水在马氏体转变的温度(Ms点)及其以下的温度范围冷却得过快。由于这样的原因,研究开发水溶性淬火介质的第一目标就是降低水的低温冷却速度。

  考虑到多数结构钢的Ms点在300℃附近,通常就以工件冷却到300℃时水溶性淬火液的冷却速度,即所谓300℃冷却速度来表示该淬火液的冷却性能。通?梢杂盟?源慊鸾橹实?00℃冷却速度来对该介质定级,以便热处理工作者选用。简单说,水性淬火液的300℃冷却速度低,其防止工件淬裂的能力就强;300℃的冷却速度高,其淬硬能力也高,当然工件的淬裂倾向也大。因此,选择水溶性淬火介质首先应当了解它的300℃冷却速度。同类淬火介质品种中,得到相同的300℃冷却速度时的浓度越低,其使用成本也就越低。

  水性淬火介质有很多品种,不同品种有不同的特性。PAG类介质冷却特性可调,浓度测控容易。它既适用于整体淬火,也适用于各类感应加热淬火,且能长期稳定地使用,因而受到普遍欢迎,成为当前国内外热处理界使用得最广泛的水性淬火介质。

  由于液温对冷却特性影响较大,使用水溶性淬火介质时应当配备好循环冷却系统,以便在使用中调节液温,一般说,在水溶性淬火液中淬火时,工件也不宜在密集堆放条件下入水,以免造成内外工件明显不同的淬火效果。

  2、自来水

  自来水是最经济而又清洁的淬火介质。一些含碳量低、淬透性差且形状简单齿轮的调质淬火和感应加热淬火,往往可以用自来水。作为淬火介质,自来水的冷却特性是:工件处于高温阶段时冷得很快,而到了工件处于低温阶段时冷却得也很快。冷却速度快可以使淬透性差和比较厚大的工件淬硬。这是自来水的优点。

  但是,用自来水淬火有三大缺点,第一是低温冷却太快使多数钢种和工件容易发生淬裂。第二是工件高温阶段冷却太快,比较细长与较薄的工件容易因为入水方式不当而发生淬火变形。第三,也是不少人容易忽视的缺点,是随着水温升高,淬火冷却的蒸气膜阶段会逐渐增长,且工件处于中低温阶段时的冷却速度也逐渐降低。

  由于这种原因,当工件采取较密集的堆放方式入水淬火时,水只有穿过堆在外面工件之间的缝隙才能接触内面的工件。穿过外面的工件时水温会逐渐升高。这样,堆在外面的工件接触的水温低,而堆在内部的工件接触的水温高。致使堆放在内、外部的工件的淬火冷却效果不同。外部的工件冷却快,淬火后硬度高,并容易淬裂。堆放在内部的工件经受的冷却慢,淬火后硬度低。工件堆放得越密集,淬火时水的流动越不通畅,这种差别就越大。

  这一缺点使自来水不适用于淬密集堆放的小工件。使用油淬火时,油温提高,冷却的蒸气膜阶段稍有缩短,而油温升高使油的粘度降低流动性变好,有利于提高油的冷却速度,能使堆放得较密集的工件内外冷却效果基本一致。应当说,这是用油淬火的一个优点。

  选用自来水作为淬火液时,应当知道它的优点和缺点。用好它的优点,而避免它的缺点。设法控制好水的温度。采取堆放方式淬火时,要设法使工件堆放得疏松一些,并通过搅动促使淬火液通畅地从工件之间流过,以减小内部的水温差。

  3、专用淬火油

  专用的淬火油一般分为普通淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油(也简称热油)、真空淬火油以及光亮淬火油等类。和普通机油相比,专用淬火油的热稳定性能较好,能更好地保证工件的淬火质量。当然,专用淬火油优于普通机油的最重要的方面还是它们的冷却特性。和普通机油相比,不同的专用淬火油在冷却速度分布上都有蒸气膜阶段短的特点,因而使工件在高温阶段能冷却得更快。其中快速淬火油的最高冷却速度都比较高,中低温阶段的冷却速度快慢则因淬火油的不同品种而有较大差别。热油在冷却特性上的特点是蒸气膜阶段更短,而在工件淬火冷却的低温阶段冷却较慢。快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的钢种。热油主要用于较小型的工件和淬透性较好的钢种。

  应该说,任何淬火油都有适合它的工件。但是,除少数情况外,每台热处理炉都希望能处理比较多的钢种和比较多样的工件,因此,多倾向于选用适应范围更广的淬火油。一般说,淬火油的蒸气膜阶段短,中温阶段冷却得快、低温阶段冷却速度大,这种油的冷却能力就很强,它的适用范围就广。不少油淬工件的变形是与它的淬火硬度不足和淬硬深度不够同时出现的。

  而改用这种适应范围广的淬火油,往往能同时解决工件的变形、硬度不足和淬硬深度不够等问题。淬火油的蒸气膜阶段短,也就是油的高温阶段冷却得快。这一特点有利于防止先共析铁素体的析出,也有利于防止带内花键齿轮的变形。简单说,淬火油总的冷却速度高有利于获得较深的淬火硬化层。但从冷却速度分布上分析,除中、高温阶段要求冷却得快以外,油的低温冷却速度高低对获得的淬硬层深浅作用更大。低温冷却速度越高,淬火硬化层往往越深。

  搅动淬火油可以提高油的冷却速度。冷却速度比较低的油,搅动提高其冷却能力的作用较大;而对于冷却速度高的专用淬火油,搅动的作用则相对较小。齿轮的淬火质量问题中还有一类是淬火硬化层过深。硬化层过深,常常在使用中断齿。解决这类问题的有效办法之一是降低淬火油的低温冷却速度。

  总之,为保证齿轮的淬火质量去选择淬火油时,应当根据所处理齿轮的钢种、形状特点和热处理要求从油的冷却速度分布特性去进行选择,最好能与淬火油生产厂的有关技术人员一道,通过讨论分析确定合适的淬火油和合理的使用方法。

  4、普通机械油

  工厂热处理生产中使用得最多的普通机械油是N32机油(原20号机油)和N15机械油(原10号机油)。作为淬火介质,这类机油的特性是,在工件高温阶段蒸气膜时间较长,淬火冷却速度不高,且低温冷却较慢。

  油的蒸气膜阶段长,工件高温阶段的冷却慢,可能出现的问题是低碳钢制的工件容易发生先共析铁素体转变;而形状复杂的工件,比如带花键孔的齿轮等又特别容易变形。在中、低温阶段冷却慢,使比较大的工件不易淬硬或淬硬层深度不足并因此发生淬火变形。

  普通机油的抗氧化能力差,使用中容易老化变质,老化变质的主要反映是油的粘度提高低温冷却速度降低。变质的影响是工件淬火后的硬度和硬化深度见效,且淬火变形增大。粘度提高和产生油泥渣往往给淬火后的清洗造成困难,也使油的消耗量增大。

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