热处理工艺与金属加工知识

问：热处理工艺淬火工艺、淬火介质及冷却方法？ 淬火工艺是将钢加热到 AC3 或 AC1 点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。（1） 淬火加热温度淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（3050） ；共析钢和过共析钢是 AC1+（3050） 。亚共析钢淬火加热温度若选用低于 AC3 的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于 AC3 温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用 AC3+（3050） ，这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。过共析钢的淬火加热温度一般推荐为 AC1+（3050） 。在实际生产中还根据情况适当提高 20左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。过共析钢的淬火加热温度不能低于 AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于 AC1 温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于 AC1 太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的 ACm 或以上温度就更不合适。在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于 AC3 的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如 45、40Cr、60Si2 等材料制成的工件亚温淬火加热温度为 AC3（510） 。采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn 钢在 940淬火，5CrMnMo 钢在 890淬火，20CrMnMo 钢在 920淬火，效果较好。高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。（2） 保温时间为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。（3） 淬火介质工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质） 。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在 C 曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使 Ms 点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。 水水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在 C 曲线的“鼻子”区（500600左右） ，水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点” ；而在马氏体转变温度区（300100） ，水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等） ，均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。 盐水和碱水在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。一般情况下，盐水的浓度为 10，苛性钠水溶液的浓度为 1015。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过 60，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。 油冷却介质一般采用矿物质油（矿物油） 。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10 号、20 号、30 号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。 新型淬火剂有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用质量分数为 0.10.3之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性。三硝水溶液由 25硝酸钠+20亚硝酸钠+20硝酸钾+35水组成。在高温（650500）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。在低温（300200）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水油双介质淬火。（4） 冷却方法生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。主要有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。 单液淬火是将奥氏体化工件浸入某一种淬火介质种，一直冷却到室温的淬火操作方法。单液淬火介质有水、盐水、碱水、油及专门配制的淬火剂等。一般情况下碳素钢淬火，合金钢淬油。单液淬火操作简单，有利于实现机械化和自动化。其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量。单液淬火对碳素钢而言只适用于形状较简单的工件。 双液淬火是将奥氏体化工件先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未达到该淬火介质温度之间即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。双液淬火减少变形和开裂倾向，操作不好掌握，在应用方面有一定的局限性。 马氏体分级淬火是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。 贝氏体等温淬火是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260400）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为 3060min。 复合淬火将工件急冷至 Ms 以下获得 1020马氏体，然后在下贝氏体温度区等温。这种冷却方法可使较大截面地工件获得组织 M+B 组织。预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变，在等温时又使马氏体回火。复合淬火用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量即变形开裂倾向。特殊工件也采用压缩空气淬火、喷雾淬火、喷流淬火。问：金属切削和磨削过程有哪些摩擦特点? 金属切削过程中，工件坯料受到刀具前刀面的推挤，切削层沿着某一斜面剪切滑移而产生塑性变形，并最终形成切屑。切屑会以较高的速度沿前刀面流出。已经加工的表面也需经历一个塑性变形的过程，并伴随一定的弹性变形，而且以相当大的压力作用在后刀面上。刀具与工件坯料、切屑之间发生的巨大摩擦会产生大量的热量，使切屑与刀具接触面温度升高。我们需要掌握影响刀具摩擦系数的因素，因为它不但影响切屑变形；而且对切屑的形成过程 、 切屑力 、 切屑热 、 表面质量以及生成的积屑瘤亦有影响。影响因素主要有：工件材料：工件强度和硬度越大，摩擦系数略有减小。 切削厚度：厚度增大，法向力随之增大，摩擦系数减小。 刀具前角：一定速度下，前角越大，摩擦系数越大。 切削速度：切削速度越高，摩擦系数越大。（切削速度高，切削温度就高，刀面与切削底层容易黏结，摩擦系数增大；但当速度超过一定数值，刀屑接触处的温度升高，材料塑性增加，切削底层剪应力下降，摩擦系数随之下降）。加工时材料的性质 、 切削条件 、 刀具形状有可能不同，这样会产生不同类型的切屑，它最终会影响到刀具的耐用度和加工表面的粗糙度，也对我们选择正确的切削液有帮助。磨削过程中，由大量无定形前角的微小磨粒切出切屑。有一些磨粒只是摩擦推挤工件表面，并不切屑；但推挤的表面会被随后而来的其他磨粒切削除去。因此，磨削力较小，产生的切屑是细小的屑末。但是，磨削时的速度很高，能产生很高的高温，而且温度不易随切屑散去。这样，产生的高温易使工件发生磨削烧伤，引起金属热应力，金属组织发生相变而产生裂纹和残余应力，砂轮的磨损和钝化，砂轮的磨粒及粉末脱落后落到工件表面等问题，影响到了工件表面的尺寸精度。问：金属切削液在切削过程中有哪些作用？ 金属切削过程中，正确的选择液能降低切削力 、 摩擦，及时带走热量以降低切削温度，减小刀具磨损，提高刀具耐用度，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳的经济效果。 切削液主要有以下四个方面作用： 冷却作用 切削液通过和发热的刀具 、 切屑和工件间的对流和汽化作用将切削热带走，从而有效地降低切削温度，减小工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高刀具的加工精度和耐用度。 切削液的冷却性能和它的导热系数 、 比热容 、 汽化热以及流动性（黏度）有关。水基的切削液冷却性能比油基的要好。 切削液对刀尖切削区的浸润性对冷却效果有较大影响。浸润性好的切削液能迅速扩散到刀具与工件，或刀具与切屑接触的缝隙中，将强冷却效果。加入有效的表面活性剂能使切削液的浸润性大大提高。此外，切削液的冷却效果还与其泡沫有关（因为泡沫内是空气，空气的导热性比水差），切削液的泡沫多，其冷却性能就差。所以，在合成切削液中常添加少量的乳化硅油消泡剂。 另外，改变液体流速和流量等流量条件，能有效地提高切削液的冷却效果；采用喷雾冷却方法使液体容易汽化，也能明显的提高冷却性能。 润滑作用 润滑作用是指：切削液减小前刀面和切屑 、后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜的作用。切削液良好的润滑作用可减小摩擦和功率消耗刀具磨损，以获得较好的工件表面质量。 通常油基切削液的润滑性能比水基的好 ，而加入油性和极压添加剂的油基切削液润滑性能更好。 油性添加剂的主要成分是带有极性基的长链有机化合物（如高级脂肪酸，高级醇等），通过极性基在金属表面上形成一层吸附膜，起到隔绝刀具与工件 、 切屑的作用，从而减小摩擦与切削力。对于低速 、 温度较低 、 精密切削的场合可使用油性添加剂，温度超过 200 o C 时，吸附膜就会遭到破坏而失去润滑作用。 极压添加剂的主要成分是含有硫 、 磷 、 氯等元素的化合物（如氯化石蜡 、 硫化脂肪 、 磷酸酯），它们能在高温高压的条件下与金属表面发生化学反应，生成硫化铁氯化铁磷酸铁等比铁的剪切强度低的化合物，能防止刀具与工件发生冷焊显象，亦降低了刀具和工件 、 切屑间的摩擦，抑制了积屑瘤的形成。 切削液的润滑作用和其渗透性有关，渗透性好的切削液能及时渗入到刀尖切削区形成润滑膜，以降低切削阻力和摩擦系数。 清洗作用 切削过程中，切屑 、 铁粉 、 磨屑 、 油污 、 沙粒等常常黏附在工件 、 刀具或砂轮的表面及缝隙中，同时沾污机床和工件，使刀具或砂轮的切削刃口变钝，影响到切削效果。所以要求切削叶应具有良好的清洗作用。 油基切削液黏度越低，清洗能力越强。而含有表面活性剂的水基切削液清洗能力较强。（表面活性剂在工件表面上形成吸附膜，吸附各种污染物粒子，阻止其粘附在工件和刀具上） 防锈作用 切削加工中，工件要和环境介质中的一系列腐蚀性物质接触（如水 、 氧 、 二氧化碳 、 硫化氢 、 氯离子 、 游离酸碱以及切削液分解或氧化变质产生的油泥等）。这需要切削液具有一定的防锈能力，保护工件和机床部件不发生腐蚀。 除了以上四个主要方面，切削液还应具有以下性能： 不能对机床涂漆部件产生不良影响。 稳定性良好，贮藏中不应产生分层 、 析油等现象。 对细菌 、 霉菌有一定的抵抗性，不易发臭 、 变质。 对人体和环境安全，无刺激性气味，便于回收。 问：金属切削液应该如何选择和使用？ 首先要了解到油基和水基切削液的特性。一般来说，油基切削液的润滑性能好，而水基切削液冷却性能好，而乳化液即具有一定的润滑性和防锈性，又有一定的冷却性和清洗性，但是容易产生微生物而发生分解变质。 主要从下列几个方面考虑切削液的选择 根据工件材料选择 工件材料的可切削性对切削液的选择具有重要的意义。切削加工的具体情况和要求不同，切削加工的难易程度就不同。粗加工时，要求刀具的磨损慢和加工生产率高；精加工时，要求工件有高的精度和较小的表面粗糙度。 对于难加工的材料应选用活性高 、 含抗磨 、 极压添加剂的切削液；对于容易加工的材料则选用不含极压添加剂的切削液。 切削有色金属和轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用矿物油和高浓度乳化液。切削合金钢时，如果切削量较低 、表面粗糙度要求较小（如拉削以及螺纹切削），此时需要优异润滑性能的切削液，可选用 极压切削油和高浓度乳化液。切削铸铁与青铜等脆性材料时，切削中常形成崩碎切屑，容易随切削液到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洗性能好的低浓度乳化液。 根据工件方法选择 较高切削速度的粗加工中（例如：车削 、 铣削 、 钻削），要求切削液具有良好的冷却性能，这时应选用水基切削液以及低浓度乳化液。 在一些精密的高强度加工中（例如：拉削 、 攻丝 、深孔 钻削 、 齿轮加工）， 此时需要切削液具有优异的润滑性能，可选用 极压切削油和高浓度乳化液。 根据刀具材料选择 a 工具钢刀具：此类刀具的耐热温度在 200 300 o C ，耐热性能差，高温下会失去硬度，因此要求采用冷却性能好的切削液，以低浓度乳化液为宜。 b 高速钢刀具：高速粗切削时，切削量大，产生大量的切削热，为避免工件烧伤而影响加工质量，应采用冷却性好的水基切削液；如果用高速钢刀具进行中 、 低速的精加工时，为减小刀具和工件的摩擦黏结，抑制切削瘤生成，提高加工精度，一般采取油基切削液或高浓度乳化液。 c 硬质合金刀具：此类刀具熔点和硬度较高，化学和热稳定性较好，切削和耐磨性能比高速钢刀具要好的多。在一般的加工中可使用油基切削液。如果是重切削时，切削温度很高，容易极快磨损刀具，此时应使用流量充足的冷却润滑液，以 3% 5% 的乳化液为宜（采用喷雾冷却，效果更好）。 d 陶瓷刀具 、 金刚石刀具 、 立方氮化硼刀具：这些刀具硬度和耐磨性较高，切削时一般不使用切削液，有时也可使用水基切削液。 根据机床要求选择 选择切削液时，必须要考虑到机床结构是否适应。一般要按照机床说明书规定的切削液品种，如没有特殊理由不要轻易更改，以免导致机床损坏。 根据经济效益选择 选择切削液必须进行综合的经济分析，正确的评价切削液的经济效益。费用大致有：购买切削液的费用 、 切削液的管理费用 、 切削刀具的耗损费 、 生产效率的提高 、切削液的使用周期 、 切削液的废弃处理费用等诸多方面。 在加工产品的总费用里，购买切削液的费用只占很小一部分，如果正确地选用了切削液而改善了产品质量和操作环境，提高了加工效率，延长刀具的耐用度，减少了切削液补充 、 管理的费用 从而带来显著的经济效益。如果选用不当，会产生相反的效果。所以需要进行综合的经济分析。 其他方面的考虑 如果选用了油基切削液，就需要强调防火安全性；如果选用了水基切削液，就应考虑切削液的排放问题，企业应具备废液处理设施和采取相应措施。 另外需要遵循安全卫生法 、 消防法 、 污水排放法等法规。 问：金属成型加工是怎样的过程，金属成型加工润滑剂在此过程中有哪些作用和要求？ 金属成型加工是：利用压力加工设备（如：锤头 、 冲头）或模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸的制作方法。此过程又称少“无切削工艺”，不改变金属工件的质量和材料成分，而从一种形状转变为另一种形状。 这种加工方法可以直接做出成品或半产品，方法包括锻造 、 挤压 、 冲压 、 精冲 、轧制 、 拉拔 、 挤拉等。 大多数成型加工过程是模具 、 工件和中间的润滑剂的作用。工件材料在互相接触的中受压力作用产生塑性变形，模具表面产生法向应力，而工件在与模具相对运动时在界面处产生剪切应力，在此系统下产生摩擦和磨损。 成型加工的突出特点是工件变形时表面区域有实质性的增强，暴露出新生的初始表面；润滑剂要保护原来和新生的表面。润滑效果对制品的质量加工压力和所需功率以及塑性变形本身的可能性有较大影响。 金属成型加工润滑剂有以下几方面作用： 具有良好的成膜性。膜厚不一定相同，只要能分离模具与工件表面，防止金属间的接触，保护表面不受磨损颗粒损耗即可，以提高模具的使用寿命。 降低摩擦，不仅降低对动力的需求，而且能控制整个加工表面的粗糙度，使金属变形均匀。防止冷焊 、 黏着和金属转移。即使变化的环境下，分开表面的润滑膜逐步失去，润滑剂也应能有效的防止冷焊点生成。 控制工件表面温度：热加工时，要求润滑剂应具有良好的隔热性以保持工件温度；冷加工和高速加工时，润滑剂则需要有冷却功能。 金属成型加工润滑剂有以下几方面要求： 应具有和模具 、 工件表面的反应性。在工件通过变形区时，润滑剂应有在工件表面较高的反应性，使工件容易脱模。如果和工件无反应，则应与模具材料反应形成保护性反应层，及时修复膜的损坏。 在贮藏与使用过程中，润滑剂应稳定，不受温度 、 氧化 、 微生物的影响，防止污染。 不应对模具和工件 、 机床有腐蚀作用。容易应用和除去，残留在金属表面的残渣应对后续工序（如回火 、 焊接 、 涂漆）无害，并易除去。 安全。所使用的润滑剂应不含毒性物质和产生有害气体，对人体无害，不刺激皮肤。废液易于处理，符合环保要求。问：金属成型加工润滑剂应该如何选择？ 金属成型加工润滑剂一般有以下选择方面： 成型工艺的类型 润滑剂的实用效果明显手工艺类型所限制，只有适应特定工艺条件下的摩擦学特性，才能发挥出最佳润滑效果 成型温度条件 成型的温度范围很大程度决定润滑剂的选用。润滑剂的高温成膜性 、 稳定性和隔热效果，将决定它能否在模具型腔表面形成符合一定要求的致密润滑膜。如果所用润滑剂在成型的温度范围不能成膜，或形成的膜不能保持一些必备的性能，那么润滑剂将无法保证成型过程的顺利进行。 单位变形压力 润滑剂在模具和成型件之间形成的隔离膜，能有效的防止成型表面金属的转移。但较高的单位变形压力是破坏隔离膜的主要因素，润滑剂只有抵御这样大的压力，才能防止模具与成型金属的直接接触。 变形程度和变形速度 显然，变形程度大而变形速度快，对润滑剂的要求就要苛刻。润滑剂要在几乎“瞬间”覆盖好较大的新生面积，才能有效地使模具与成型金属完全隔离。 良好的性能 成型加工润滑剂需具有适当的黏度 、 摩擦系数和延伸性能，以满足变形过程而产生新表面的润滑需要；并且具有良好的油性或极压性以及附着性，以承受成型加工压力的挤压。 热加工用的润滑剂要有良好的耐热性和热绝缘性，以减少热加工的热散失；冷加工用的润滑剂要有良好的冷却性和稳定性，以使其在加工过程中不易热分解而失效。 后续处理工序的要求 润滑剂必须与后续处理工序有良好的适应性，如喷漆 、 电镀 、 焊接等工序。 问：金属加工液应如何维护与管理？ 有以下几个方面： A. 乳化液的维护与管理 配置乳化液时，要将水加满水箱，然后边搅拌边加乳化油。避免将水加入油中，或用水稀释乳化油，这样会得到油包水型乳液，它不是合格的乳化液。 配置用的水很重要，含矿物质和盐的硬水会妨碍乳化过程。水质太硬，乳化液会迅速分层，析出大量不溶于水的油和皂，影响使用效果；水质太软，乳化液的泡沫就会增多。对于过硬的水，可进行预处理，在水中加入 0.1% 0.3% 的三聚磷酸钠（或二乙胺四醋酸钠）能降低水的硬度，但这样也回导致细菌 、 霉菌的繁殖。所以最好的方法是使用去离子水。 乳化油含有的脂肪油和不饱和酸很容易被微生物（如细菌 、 霉菌 、 藻类等）侵蚀，因此乳化油中需要含有杀菌剂。由于添加剂的量会受到油溶解度的限制，这样会使杀菌作用降低。微生物侵蚀乳化液后，乳液中的不饱和脂肪酸等化合物会被其分解，乳液平衡遭到破坏，将发生析油 、 析皂以及酸值增大等现象，这会引起乳液的腐败变质。出现以下现象表明乳液开始变质： 产生腐败气味，扩散到车间，使操作环境恶化。 乳化液颜色从乳白色变成灰褐色。 PH 值 、 防锈 、 切削 、 磨削性能急剧下降。 乳液油水分离，生成沉渣或油泥，堵塞过滤网。 防止乳液腐败，可采取以下措施： 灌注新液时，必须将车床周围和供液系统内的切屑和油污完全清除，并将新液用杀菌剂消毒。 稀释乳化液要用自来水或软水，不要使用大肠杆菌和无机盐较多的地下水。 乳液变稀薄能助长细菌的繁殖，因此要进行补给液的管理，使乳液保持在规定浓度范围内。乳液的 PH 值应保持在 9 左右，这个范围内微生物难以繁殖。当发现 PH 值有降低的倾向时，应添加 PH 值增高剂（如碳酸纳）。 长期停机时，应向液箱定期鼓入空气，防止厌氧菌繁殖，同时疏导和除去臭气。 安装一个能迅速除去混入油的装置，并注意防止漏油混入。再采取有效的排屑方式，避免切屑堆积在液箱内。 若已出现腐败的征兆，须立即加入杀菌剂将菌杀灭。杀菌剂应选用毒性较小，对环境污染较小的试剂，目前常用三丹油，添加量约 0.1% 0.2% （对稀释后的乳液），对延长乳化液的使用周期效果明显。 B. 合成切削液的维护与管理 合成切削液属于单相体系，没有乳化液成分复杂， PH 值也较高（一般为 9 9.5 ），并且含有一些抗微生物分解的组分，所以合成液的使用寿命一般比乳化液长，而且不易腐败变质。 使用合成液应注意三个问题： 使用合成液要特别重视机床和工件的防锈管理。使用的稀释水中若含有多量的氯化纳 、硫酸盐，即会引起切削液的腐败，也会降低其防锈性能，所以稀释水要选用好的水质。 切削液的防锈性与浓度有密切关系，防锈性降低时，一般采取补充原液以提高使用液的浓度。切削液使用一段时间后，由于水分蒸发以及工件 、 切屑带走一部分切削液，补充水时要按比例加入一定量的原液，定期做浓度检查，保证切削液在规定范围内使用。 尽量避免在合成液中混入润滑油，因为混入的油容易被合成液中的表面活性剂乳化，使合成液逐渐转变为乳化液，影响其使用性能，也容易引起发臭变质。 避免使用硬度过大的水，合成液一般含有硬脂肪酸皂作润滑剂。水硬度过大时，水中的钙 、 镁离子会与脂肪酸反应生成不溶于水的皂，使润滑性能下降，并影响清洗效果。所以要对硬度大的水进行软化处理，或在组分中加入抗硬剂。 C. 切削液的净化和废液处理 A 净化 切削液的使用过程中，常会混入细切屑 、 磨屑 、 砂轮末和灰尘杂质等污染物，严重影响到工件表面粗糙度，降低刀具和砂轮的使用寿命，并加快机床和循环泵的磨损。另外，机床的漏油落入水基切削液中，使切削液产生浮油，与切削液中的表面活性剂作用而转变为乳化液，改变了切削液的质量。 所以需要净化切削液的装置，当滤网堵塞时，反向通入压缩空气冲洗。 B 废液处理 油基切削液 油基切削液一般不会发臭变质，更换的原因主要是由于切削液的化学变化，由水 、切屑 、 机床漏油等混入所致。可采取以下措施： 改善切削油的净化装置 定期清理切削油箱中的切屑 通过检修机床防止漏油混入 定期补充切削润滑添加剂 加热除去水分，并经沉淀过滤后补加润滑添加剂。 油基切削液最终的废油处理法一般是燃烧处理 水基切削液 水基切削液的废液处理可分为以下几种方法 物理处理：沉降分离，浮游分离，过滤分离，离心分离 生物处理：加菌淤渣法，散水滤床法 化学处理：凝聚法，离子交换法（离子交换树脂），吸附法（活性炭，聚丙烯纤维），氧化还原法（电分解，化学试剂，氧 、 臭氧 、 紫外线） 国家规定的工业废水排放标准 项目 指标（ mg/L ） 油类 5 10 悬浮物 50 200 挥发酚 0.5 3.0 硫化物 0.5 1.5 氰化物 0.5 COD 60 200 BOD 30 100 PH 6 9 问：成型加工用润滑剂工业清洗剂的清除 对生产工艺或金属产品的使用有不利影响的所有物质和颗粒都要从金属表面清除。在生产过程中工件表面要和各种物质接触，这些物质一方面会有利于工艺过程，但另一方面会形成残渣并使后续加工受影响，甚至还引起磨损。在存贮中金属表面会不经意地有一些污染，也要除掉它们。接下来要考虑润滑剂地可清除性及表面清洗方法。根据实际情况有 3 种分类： 机械制造中地中间清洗热处理和表面镀层前的清洗 维修过程中的清洗还没有一个公认的方法来确定清洗剂的“脱脂”效果。只要不影响后续工艺操作就可以了。汽车工业中只要不影响金属表面的水可浸润性就行了。(一) 机械制造中的中间清洗处理在工件尺寸控制工序前通常要除掉工件表面上的污染物。清洗后的金属表面易于锈蚀。因此在清洗过程中建议对工件进行临时性防锈保护。强以在清洗剂中加钝化其活性的物质或者清洁后立刻钝化金属表面。但许多清洗剂已含有这种抗锈蚀组分，在中间存放阶段会保护号工件。现在纯的以及水基切削液都可用于中间清洗。(二) 热处理和表面镀层前的清洗处理金属表面处理中必须清洁金属、干净、无残渣表面才适于热化学处理。热化学和镀层工艺中的要求是不一样的。由于高温的原因，烘焙工艺受有机污染物残留的影响特别大。分解（有机物分解）会形成“鱼鳞” 、气泡、小孔。即使是小的污染也会影响电镀层的表观并影响镀层的稳定性。但是另一方面在像镀锌、镀锡和镀铅这样的工艺中少量的表面污染影响不会很大。在喷漆铅干净的金属表面经常要用一层薄钝化膜（例如磷酸盐涂层）来形成一个基础涂层，这样防锈效果好，涂料或油漆粘接紧。(三) 维护保养过程中的清洗处理运行中受污染的机器和设备要经常清洗，各种车辆、生产设备以及各类桶、储槽和炼油厂都需要清洗。(四) 清洗处理方法及清洗剂用一种清洗方法很少能从金属表面清除掉所有污染物。经常要联用物理法、化学法和物化法来清洗。除了纯机械清洗外（打磨、研磨） ，经常也用由化学溶剂配制成的清洗剂，其物理或化学的效果可以用物理过程的方法加以强化，例如超声波。中世纪人们已知道水有清洗功能，水的液体形式使它可以达到表面的任何部位。时至今日，最常用的清洁方法还是用水溶液，其中又以碱溶液清洗最常用。在这方面，皂化通常不重要。但物理和胶体化学作用是很重要的，例如吸附、脱附，粒子吸引和排斥，乳液形成和破碎。其中表面活性剂起了控制作用。这些物质中主要是能形成离子的化合物（酸、碱、盐、皂） ，它们在水溶液中有活性。在这些溶液中，负离子颗粒聚集在受污染的表面区域上使脏的灰尘颗粒带负电荷。由于金属表面也带负电荷，它们就相互排斥。阴离子对污染物的亲和性不是惟一的活性因素。硅酸盐和磷酸盐能形成相对大的聚合离子（在水溶液中） 。它们与销的离子相比，可以将分散的以及水不溶性的脏颗粒漂浮在清洁液中，而且是以胶体形式漂浮，使分散很细的脏东西不会聚结。除了无机物质外，现代的工业清洗剂有些为有机化合物。其中有些使 20 世纪 20 年代发现的非离子型表面活性剂。它们有类似肥皂的功能却不会在硬水中沉淀。在所有的工业清洗剂和洗涤剂中都能找到它们。表面活性剂分子由不同物质组成，遵循“相似相溶”原理。系数物质仅溶于水或油。表面活性剂由一个亲水基和一个疏水基组成，因此，既溶于水，又溶于油。溶于水溶液时，即使是极少量的表面活性剂也会降低表面张力，它们会集中在界面处形成很高的局部浓度。因此，清洗剂溶液会浸湿，包围并渗透到污染物中，可以改进清洗效果，更方便地清除脏东西。局部浓度会较高。在溶液中达到一定浓度时，表面活性剂会形成分子基团（称为“胶束” ） ，可分散或乳化（分散、使其溶解）水不溶性物质，如油和润滑脂。在现代工业用清洗剂中，经常联合试用离子型和非离子型的化学物质。清洗剂地作用就是靠各种相互协调地物理和化学作用来实现的。(五) 清洗剂的系列化用户可以根据需要选择水溶液型、溶剂型以及乳液型清洗剂。根据用户需要选择清洗剂类型和不同的清洗剂。（1） 水溶液清洗剂有喷雾型和液体型两种形式。由于安全性和易使用性，更为常用的是液体型。多数清洗剂属于带有碱性的中性清洗剂，酸性地较少。由于浓度、温度和应用场合不同，它们可在许多不同条件下应用。清洁地成功与否取决于污染物情况。例如要清除已经储放了较长时间地润滑油时，由于起皮和硬化，其清除难度会大一些。总的来讲，污染物清除难度会大一些。含固体物以及着色深地成型润滑剂地清除会困难一些。由于具体情况如固体颗粒、尺寸、工件和固体间相互作用、成型工艺负荷不同，目前还没有一种标准地清洗剂。由于清洗地残余物即使在深度冲洗后还会在化学表面处理和热化学工艺中对镀层形成有影响，为避免这种影响，要使用特殊用途的清洗剂才行。此外，要进行处理的碱性金属的天然性质（如铁、铝、铜、锌等）也要给予考虑。根据碱性清洗液的 PH 值，可进行如下分类：低 PH 值碱性清洗剂（PH 值为 7.010.5） ；中 PH 值碱性清洗剂（PH 值为 10.511.5） ；高 PH 值碱性清洗剂（PH 值大于 11.5） 。低 PH 值碱性清洗剂经常被称为“中性清洗剂” ，这是因为它们略有一些皂化天然和合成脂类物质的作用，但实际上“中性清洗剂”的标准定义并不存在。酸性清洗剂（PH 值小于 7.0）有特殊用途。它们还能去掉铁锈、铁斑或其他用碱洗不能去除的物质。这种苛性脱脂剂其组成中主要有盐酸、硫酸或磷酸，并添加有缓蚀剂。除了脱除润滑油膜外，磷酸基的酸性清洗剂还用来形成一薄层磷酸盐（大约0.10.3m） ，这就有利于喷涂层的形成，例如，电泳镀层及/或粉末镀层。水溶液清洗剂的作用选择清洗剂要根据所用的清洗方法来进行。浸浴式清洗剂；喷涂式清洗剂。特殊用途的清洗剂有：高压清洗剂；蒸汽喷射清洗剂；机器清洗剂。浸浴式清洗是一个老的清洗方法。可以容易地溶解油和润滑脂，分散污物颗粒在清洗小部件或大表面积地平面部件时用这种方法。在浸浴时如还有更多的工序时也可以用浸浴方法，例如电镀处理。经常要根据要求采用多级清洗方法。在浸浴式清洗后，部件要在高温下处理相对长的一段时间。一般要进行多级处理。（2） 浸浴式清洗设备标准的设备很容易制造。最简单的办法式用薄铁皮做的可加热容器，例如高温下进行浸浴，这种方法如今很少用。这里沸腾液体仅作为一个机械清洗的支持手段。现代化的设备已能避免老式设备的缺陷，例如热损大、易飞溅、过渡沸腾、蒸汽过多等。清洗效果可以通过循环清洗剂溶液或溢流来达到，溶液要用泵循环送到浴液中，中间由很多位置不通的阀来控制。额外安装一个喷灌系统，奶油状润滑油就会从浸浴表面冲走，防止已清洗好的部件再被脱乳化的油污染。和“煎”浴相比，这样的好处式清洗效果好，温度也低（6090） 。有时浸浴液不用泵打而用压缩空气。这时，需要清洗剂不容易起泡。（3） 超声波清洗另一种浸浴式清洗办法是超声波清洗。在有些工业，例如饰品和银制品工业，光学玻璃及设备工业以及高精度合金钢、接头及其他结构组件的制造业中，对多数抛过光的表面区域的清洁度要求极高。所用材料残渣和金属碎屑必须要费大力气才能清除掉，因为颜料和金属、玻璃表面接合很牢。因此，仅用水溶液清洗而不用其他机械方法是不够的，这时用超声波会有更好效果；超声波清洗是用通过特殊振动系统产生的高频声波来进行清洗的。超声波的作用是在清洗剂溶液中，以纵波的形式沿纵向传播的，由于压力变化大，会在溶液中形成许多小的低压泡，它们很快崩溃并放出能量。表面的微小粗糙度和所积累的粒子形成空腔。这对角落、钻孔、装饰性浮雕及其他普通方法难以奏效的地方来说特别有用。在干净溶液中，我们能观察到脏颗粒是如何从表面被去除掉的。该方法主要是基于气泡破裂时产生的压力，局部压力超过了 100MPa。声频在 2040kHz，温度为 5070时会有最佳效果。一般最少的清洗时间不超过2min。超声波发声器应设定为每升浸浴液的声波能量为 520W。问：金属加工规定几何形状的刃口加工 车削借助于车削作业可生产圆形零件。外圆表面和圆锥体外表面用圆柱形粗坯制成。在车削时，圆柱形粗坯围绕其纵轴线和朝向切削刀具旋转。大多数车削作业使用单刃刀具。夹具一般有一个具有多刃的分度卡盘。工件转速、进刀速度和切削深度是对车削作业的主要技术要求。粗切削易最高速度切削掉金属，随后以较高切削速度、较低进刀速率和较小切削深度进行精切削加工14.70。机械加工条件取决于工件和刀具材质、表面光洁度、尺寸精度和机床（工具机）能力。工件与刀具材料的每个组合都有一最佳的刀尖角形状。刀具几何形状将影响切削的流动方向。目标是避免长的连续切屑，因为这种切屑可妨碍工具机操作或损伤零件表面。当切屑碰撞工件或刀杆时即断裂。在机床上进行的主要车削作业是直线车削或外圆车削、锥体车削、端面车削和镗孔。镗孔是内车削过程，可用于扩大用上述方法钻削的孔，扩大空心管内径或加工内槽。对车削作业而言，只有在操作自动机床时才能使用混水型金属加工液；往往优先选用纯切削油。钻削在成品件上最常见的形状是圆孔，许多这样的孔是用钻削制造的。由于在零件内形成钻屑，排屑槽或沟槽一般有两种用途。除为移除钻屑起导管作用以外，排屑槽还使切削液到达刀具工件界面。多数钻头用 HSS 材质制成，需要使用切削液14.71。为钻削作业推荐的冷却剂压力取决于几个因素。最重要因素包括工件硬度、进刀速度、孔径、孔深度、公差和粗糙度。随冷却剂压力的增加，冷却剂循环可能成为问题14.72。使用带刀片的内冷式钻头可缩短钻削时间。碳化钨刀片和带 PVD 或 CVD 涂层的刀片一般用于这类用途。高效冷却剂系统将以适宜压力和流速供送冷却剂。低效冷却剂系统可导致钻削孔内部表面光洁度不良。钻头直径对决定冷却剂压力和流速而言是最重要的因素14.73。如果冷却剂系统低效，钻屑可堵塞将冷却剂送至刀片的排屑槽，这种情况可造成刀具损坏。要求高的冷却能力时使用混水型金属加工液。最新的发展表明，这一作业亦可用MQL（最低量润滑）或借助于干切削工艺进行。这种技术依赖于加工的材质和为此用途而设计的工具机。铣削在包括端铣削、阔面铣削和端面铣削的场合，可用各种各样的铣削过程。由于刀具有多个齿和每个齿都产生铣屑，高速铣削掉金属时可能的。在大多数应用中，工件被送入旋转着的铣刀中。进给运动一般垂直于刀具轴线，切削在刀具的圆周上进行。在端铣削中，铣刀旋转中心线垂直于被铣削的工件表面。端铣刀通常有二个、三个或四个排屑槽。平面表面，制造模具时的切削凹槽、沟槽和薄零件廓形是端铣刀的普通作业。空心端铣刀用在自动螺纹机床上。内铣齿将圆棒料的外圆表面加工至精确直径。端面铣削类似于端铣削。但是，端面铣削铣刀的直径比其长度长。端面铣刀设计成能加工平面表面。铣刀的几何形状和主要用途适于可分度的硬度合金卡盘。由于切削刀具和工件之间的相对运动，和车削作业一样，在端面铣削的表面上亦留有刀痕。铣削中铣刀的旋转方向可产生不同作用。在传统方法即所谓逆铣或对向铣中，铣刀朝工件进给方向旋转。在顺铣或同向铣中，铣刀旋转方向与进料方向一致。逆铣削产生的铣屑较厚，而顺铣削时铣屑则较薄。逆铣削的主要优点是刀具的磨耗不受工件表面状况的影响。如刀刃锐利，可得较光滑的表面。在顺铣削具有硬表面的材料，如铸件或热加工金属件时，铣刀齿将磨耗较快并可损坏。顺铣削的优点是零件上刀痕趋于减少，如果刀刃上产生切屑瘤的话，表面光洁度不受其影响。加工铸铁时，多年来干铣削是最现代化方法。高强度钢和铝合金用混水型金属加工液润滑，但最新的发展表明，从成本观点看，在某些情况下 MQL 可展现更多的优点。深孔钻削深孔钻削，从前多半仅用在武器装备工业（因此，经常碰到术语“枪管钻削”），目前已发生变化，在很大程度上集中在民用用途。这类技术目前用在汽车、造船、航空器、机器和工具工业、工业装置建造、液压和气动设备。使用 HSS 麻花钻头的常规钻削和使用各种专用钻头（例如装备优可分度碳化钨刀片的深孔钻削工具或浅孔钻头）的常规钻削，这两者之间的分界线最好划定如下。如果孔的直径（d）比深度大 23 倍，并假定为此目的有大功率多工序自动数控机床可资使用，则用可分度的碳化钨刀片进行钻削大概会成为未来最流行的方法。与麻花钻头相比，此法进刀速度较慢，切削力较小。然而，由于切削速度快（比麻花钻头快 510 倍），相应地需要更大功率的传动装置。对孔深大于直径（d）10 倍的孔而言，在要求优级表面光洁度、表面缺陷少和尺寸公差精细的场合下，使用深孔钻削刀具。在这两个用途之间使用特殊设计的常规 HSS 麻花钻头。拉削拉削是机械加工作业的一种类型，这一作业的焦点显然集中在纯切削油上。与许多其他切削作业不同，主要考虑的问题是刀具的磨损或刀具使用寿命。其原因是拉削刀具是非常复杂的组件，由一个单件制造而成。材料主要是高速钢，硬质合金作为刀具材料仅用于灰铸铁的机械加工。在拉削情况下，数个齿同时啮合，而且切屑宽度经常很大。移除切屑可能是非常成问题的，因而通常也需要低黏度油。从切削液的供送来看，内拉削比外拉削更成问题，卧式拉削比立式拉削更困难。拉削刀具的温度敏感性与从整体工件切削有关联，而整体工件上对每个齿无任何轮廓不清的预切口，因而要求相对低的切削速度。其结果导致增大切削刃区，而这就需要拉削油中含有专用添加剂，甚至其含量特别高。为减少切削刃上的切屑瘤，活性硫是必需的。活性硫添加剂经常与含氯物质并用14.74。在加工工艺容许的范围内提高切削速度可避免临界切屑瘤区。在这种情况下，拉削油的润滑条件通常是困难的。如果削减切屑瘤成功，这能改善工件表面，特别对成批生产有意义。在大规模生产中，拉削往往不是精密的机械加工作业，但可将其定级为高切削率的粗加工作业。工件表面质量问题具有次要意义，在这种情况下用金属加工液保护刀具处于优先地位。以很高的拉削速度和高切削率加工易切削钢时，使用水溶性冷却剂，特别时 EP 乳液和不含矿物油而浓度较高（1035）的合成产品可取得优良结果。在这种情况下，与纯油相比，冷却作用和切削移除的改善就成为重要因素。同样重要的是，就实际润滑操作而论，当拉削时，和使用规定几何形状的切削刃进行的几乎所有其他切削作业不同，这一作业使用极小的后角。其结果是副后角处于相当大的应力之下，侧面磨损和前刀面磨损可能较大，这对供送冷却剂也是应该注意的。在简单切削作业的联动拉削过程中，至少应设法在输送低浓度水溶性冷却剂的管线中使用 EP 乳液。问：润滑油使用须知、储存及处理？ 润滑油使用须知（一）油品储存1.不可直立放于露天环境，以防止水份及杂物的入侵污染。2.室内储存可立放，桶面朝上，方便抽取。3.拧紧封口盖，保持油桶密封。4.保持桶身面清洁，标识清晰。5.保持地面清洁，便于漏油时及时发现。6.做好入库登记，先到先用。7.频繁抽取的油品、放置在油桶架上用开关控制流放。8.新油与废油分开放置，装过废油的容器不可装新油，以防污染。（二）油品安全1.油品独立窨存放，周围不得放置可燃品。2.严禁烟火，不得携带火种进入油库。3.配备不少于二个来火器。4.擦试机械后之油布或清除之油污不得堆积， 以免助燃。5.易燃的特种油品或化学溶剂分离储存并放置易燃品标志。（三）使用注意：1.向润滑专家咨询，用适当规格的润滑剂，尽量减少用油种类。2.每种机械以简单图样示出需要加油的部位，油品名称、加油周期等并由专人负责，避免用错油品。3.每次加油前须清洁擦拭油抽、油壶等容器和工具。4.每种用油专用的容器，且在容器上注明盛载油品的名称，以防污染。5.换油前须将机械用溶剂冲洗干净，切不可用水溶性清洗剂。6.每次添加或更换润滑油后，做好机械保养记录。7.发现油品异常或已到换油周期，应抽样交由专业公司化验决定。（四）环保和健康1.严禁将废油直接排入水沟倒入土壤，以防污染环境。2.废油废液专桶收集，再交由政府许可的回收商回收，切不可乱倒。3.皮肤过敏者或划擦伤者，应避免直接接触润滑油。4.切勿穿着油迹渗透的衣物，不可将被油污染的碎布置入袋中。5.不可用污浊碎布抹去皮肤上的油迹，以防碎布中藏有金属碎屑可擦伤皮肤引发感染。 润滑油的储存桶装及罐装润滑油在可能范围内应储存于仓库内，以免受气候影响，已开用的带包装的润滑油必需存储在仓库内。油桶以卧放为宜，桶的两端均须楔紧，以防滚动。如将桶直放时，宜将桶略为倾斜，以免雨水聚集于桶面而掩盖铜栓。水对于任何润滑油均有不良影响。此外应经常检查油桶有无泄露及查看桶面上的标志是否清晰。取油方法，应将油桶卧置于一适当高度的木架上，在桶面的盖口配以龙头放油，并在龙头下放一容器，以防滴溅，或将桶直放，用手摇泵从桶盖口插入油管取油。散装油储存油罐内不免有凝结水份和污染物渗入，结果聚集于罐底形成一层淤泥状物质。润滑油因而受污染，所以罐底设计以窝蝶形或倾斜为宜。并需装有排泄旋塞，以便按时将渣滓排出。在可能范围内，油罐内部应按期清理。温度对润滑脂的影响 比对润滑油的大，长期暴露于高温下，可使润滑脂中所含油类分离，故润滑脂桶应储存于仓库内，桶口向上竖放为宜。盛放润滑脂的桶口较大，污物与水更易渗入，取用后应将桶盖盖紧。太低或太高的温度皆对润滑油有不良影响，因而不宜将润滑油长久储存与过热或过冷的地方。 润滑油的处理除必须注意润滑油的各项储存要点外，对润滑油的谨慎处理，也不应忽略。假如润滑油由储存室到尽弃，储存小量润滑油和补给用的容器，必须有盖并需保持