水的第二大缺点引起畸变的原因.wps

水的第二大缺点引起畸变的原因在测量的冷却曲线上，从蒸汽膜阶段到沸腾阶段的过渡期，是冷却速度由慢到快的突变期。通常把这种突变对应的探棒温度，称为所测冷却介质的特性温度。如图 1a 所示。 需要说明的是，我们见的冷却特性曲线，是用热电偶热端位于探棒的中心的仪器测量出来的。事实上，工件表面的温度一降低到介质的特性温度，表面附近的介质就立刻进入沸腾阶段。 在液体介质的沸腾冷却阶段，工件的表面温度越高，沸腾就越激烈，表面获得的冷却速度就越快。图 4a 中进入沸腾阶段后的冷却速度是逐渐加大的，最高冷却速度出现在特性温度以下，这是热电偶热端位于探棒中心，加上探棒形状为圆柱形的缘故。 如果均匀圆球在完全均匀条件下冷却，热电偶又位于其表面，则有另一种图形形式，如图4b 所示。由蒸汽膜阶段进入沸腾冷却阶段，表面冷却速度总是沸腾阶段的最高值，而不是通过一段时间才增加至最高值。 在实际工件冷却中，不同部位按降温的快慢，先后进入沸腾阶段。 同一工件的不同部位，有的在特性温度之上，有的已经冷到了特性温度之下，它们之间的冷却速度差异，往往会引起大的内应力。 当从介质的特性温度以上冷却下来时，所有液体介质都存在这一缺点。 我们把这个缺点简单称为液体介质的特性温度麻烦，或者特性温度问题。与气体冷却介质相比，液体冷却介质的冷却速度的可调节范围不太宽，这使确定的任何一种液体介质都只能适用一定范围的工件。 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，又要淬裂。 我们把这一特点称为液体冷却介质的第一缺点。 在此又把上面讨论的，“可能在工件局部区域发生冷却速度突变，从而引起大的内应力”，也就是特性温度问题称为液体冷却介质的第二个缺点。 相比之下，单纯的气体冷却介质，既可以改变流速来调节冷却速度，又可以利用气体的可压缩性实现不同气压的高压气淬，从而能在很宽的范围改变冷却速度。表 2 为不同介质的有关特性。由表2可见，改变流速可以在一定范围调节冷却速度，改变介质的压力，也能在一定程度内调节介质的冷却速度。 液体介质具有流动性，因此可以在一定范围内调节其冷却速度。 气体介质同时具有好的流动性和可压缩性，能在更宽的范围调节其冷却速度。 加上没有特性温度麻烦，使气体没有上述液体介质的两个缺点。 固体介质由于没有流动性，也没有可压缩性，作为淬火冷却介质的用途就很少。表2 固、液、气介质的基本特性Table 2 The basic properties of solid, liquid and gas quenchant 介质类型 固体 液体 气体 流动性 无 好 很好 可压缩性 无 无 很好 冷却速度的可调节范围 极小 不宽 宽 特性温度麻烦 无 有 无 本文开头提到的自来水的第二大缺点，实际上包含了液体介质的第二个缺点，以及自来水的特性温度对水温特别敏感两个特性。 因为都是有关其特性温度的缺点，为简单起见，我们把它们统称为自来水的第二大缺点。 自来水不仅有液体介质的第二缺点，而且因为水温升高，冷却的蒸汽膜阶段会迅速延长，使这种因素引起的内应力长期存在，为产生变形提供了塑性好，应力大和作用时间长的条件，因此不仅引起严重的硬度不均，更会加大工件的淬火畸变。说它是大缺点，“大”就大在自来水的冷却特性对水温特别敏感上。 克服第二类缺点的技术方法综合上述讨论，推广开来，我们建议用以下七类办法，来克服液体介质的上述第二类缺点。 在单一的冷却阶段内冷却。选用那些特性温度高于工件的淬火加热温度的介质，使整个冷却过程都在沸腾阶段进行。 比如，通常使用硝盐浴冷却属于这类。 或者完全在介质的特性温度以上冷却，使整个冷却过程都在蒸汽膜阶段进行。 比如，在慢速的浆状介质中冷却高合金钢工件，属于此类。我们认为，这是上等的解决办法。图5 为 160硝盐浴与 40的快速淬火油今禹 Y15-II 的冷却速度曲线对比。 由图 5可见，今禹 Y15-II 是冷却速度很快的淬火油。而在整个冷却过程中，硝盐浴的冷却速度都比今禹 15-II 要快。按现在还流行的一种观点“在冷却速度快的介质中淬火，工件的淬火畸变会更大”，油中的淬火畸变应当更小。 但生产证明，硝盐浴中淬火变形更小。有人用 200的硝盐浴与100热油作了畸变大小试验对比，结果见图 62。油中淬火的工件，变形更大而且更分散。 究其原因，是硝盐浴的特性温度高于工件的入液温度，从而实现了在单一的冷却阶段（沸腾冷却阶段）冷却的缘故。 图 7 是高合金钢的剔齿刀的分级盐浴冷却工艺。 图 8 为高合金钢的 3次分级冷却工艺曲线与只有蒸汽膜阶段的慢速浆状介质的冷却过程曲线3的对比。与浆状介质相比，在分级冷却过程中，每次放入盐浴时，都会因冷却速度快而引起较大的内应力。 可以推知，代之以慢速浆状介质冷却，将会进一步减小工件的淬火畸变。 选用蒸汽膜阶段长短对液温变化不敏感的介质，比如各种淬火油。采用油淬火时，工件堆放得稍微密集一点，使不同部位的工件接触的油有一定的温度差异时，各部位接触的油的特性温度基本上没有差别，如图1b 所示。这就可以减小不同部位的冷却差异，从而减小工件的淬火畸变。 加入能减小介质液温敏感性的添加剂，如自来水中溶入一定量的无机盐或碱。 选用蒸汽膜阶段短的介质。形状复杂的工件，尤其是带较深内孔的工件，为减小淬火畸变，选用淬火油时，必须考虑到这一点。 降低水性介质的使用温度，来提高水的特性温度，并降低水的最高温升程度。如果能将水的特性温度提高到工件的加热温度以上，还可以免除特性温度麻烦。 降低工件的加热（或入液）温度，以缩短工件处于蒸汽膜阶段的时间。 通过增大工件之间的距离和加大介质的搅拌烈度等措施，减小工件周围的液温升高程度，以减小上述内应力。一般说，选取几种以上办法，同时用上去，可以取得更好的效果。 工厂现场要根据实际情况，避免某些有利于变形的因素相互叠加。 比如，在油中做淬火冷却时，入油之初，工件温度高，塑性好，如果在油的特性温度问题引起的内应力的基础之上，加上强烈搅动引起的外来应力，就有可能在工件某些部位叠加成很大的应力，引起超差的塑性变形。 东北某工厂遇到这样的麻烦时，有人出了一个好主意：在工件入油之初不搅拌，经过 1min-2min 再开始搅拌，畸变问题马上就解决了。 究其道理，一是前期的冷却使过冷奥氏体抵抗塑性能力提高，二是可能避开特性温度麻烦引起的内应力与搅拌引起的同方向应力的叠加。 按照这种思路，在某些场合，当不能完全避开特性温度麻烦时，单纯追求缩短油的蒸汽膜阶段，就不如保留适当长度的蒸汽膜阶段，等钢材抵抗塑性变形的能力有所提高后，再遭遇特性温度麻烦，更能减小工件的淬火畸变。 又比如，降低水溶液的使用温度，可以提高水的特性温度，直至特性温度高于工件的入水温度。 在水中溶解一定量的无机盐，可以降低水的凝固点，从而把水的使用温度降低到零下一、 二十度，甚至更低的程度。 此时，需要注意防止水溶液的低温冷却速度过高，以免引起工件淬裂。