第3章-淬火介质

1、第第3章章 钢的淬火及回火钢的淬火及回火 3.1 淬火的定义、目的和必要条件淬火的定义、目的和必要条件3.2 3.2 淬淬火介质火介质冷却速度冷却速度曲线曲线在马氏体转变区需慢在马氏体转变区需慢冷才能减少组织应力冷才能减少组织应力, , 降低降低淬淬火变形和开裂火变形和开裂倾向倾向。应当具有在应当具有在（500500600600）时时、时时的的特性特性。500500600600理想的冷却介质：理想的冷却介质：图图 钢的合理淬火过程示意图钢的合理淬火过程示意图3.2.1 3.2.1 淬淬火介质火介质的冷却作用的冷却作用 淬淬火介质火介质的的分类分类淬淬火时火时的的淬淬火介质火介质 , 包括水质包

2、括水质淬淬火火剂、剂、油油质质淬淬火剂和水溶液等火剂和水溶液等。（沸点大都低于工件的沸点大都低于工件的淬淬火加热温度火加热温度）根据根据物理物理特性特性(2类类)淬淬火时火时的的淬淬火介质火介质 , 包括各种熔盐、熔碱、融熔金属等包括各种熔盐、熔碱、融熔金属等。（沸点大都沸点大都高于高于工件的工件的淬淬火加热温度火加热温度）。）。汽化沸腾汽化沸腾辐射辐射传导传导对流对流 辐射辐射传导传导对流对流淬淬火介质一般的要求火介质一般的要求：无毒、无味、经济、安全可靠无毒、无味、经济、安全可靠; ;不易腐蚀工件不易腐蚀工件, ,淬淬火后易清洗火后易清洗; ;成分稳定成分稳定, ,使用过程中不易变质使用过

3、程中不易变质; ;在过冷奥氏体的不稳定区域应有足够的冷却速度在过冷奥氏体的不稳定区域应有足够的冷却速度, ,在低温在低温马氏体区域应具有较缓慢的冷却速度马氏体区域应具有较缓慢的冷却速度, ,以保证以保证淬淬火质量火质量; ;在使用时在使用时, ,介质介质粘粘度应较小度应较小, , 以增加对流传热能力和减少以增加对流传热能力和减少损耗损耗。有物态变化的有物态变化的淬淬火介质冷却过程大火介质冷却过程大致可分为致可分为三个阶段三个阶段1)1)汽膜阶段汽膜阶段2)2)沸腾阶段沸腾阶段3)3)对流阶段对流阶段当工件进入介质的一瞬间当工件进入介质的一瞬间, ,周围介质立周围介质立即被加热而汽化即被加热而汽

4、化, ,在工件表面形成一层在工件表面形成一层蒸汽膜蒸汽膜, , 将工件将工件液体介质液体介质。由于。由于, ,如图中如图中ABAB段段; ;冷却开始时冷却开始时, ,由于工件放出的热量大于由于工件放出的热量大于介质从蒸气膜中带走的热量介质从蒸气膜中带走的热量, ,故膜的故膜的, ,随着冷却的进行随着冷却的进行, ,工件温度不断降低工件温度不断降低, ,膜膜的厚度及其稳定性也逐渐的厚度及其稳定性也逐渐，直至破直至破裂而裂而。-。冷却过程大致可分为冷却过程大致可分为汽膜阶段汽膜阶段沸腾阶段沸腾阶段对流阶段对流阶段（1 1）汽膜阶段汽膜阶段 有物态变化的有物态变化的淬淬火介质冷却机理火介质冷却机理：

5、（2 2）当蒸汽膜破裂后当蒸汽膜破裂后, ,工件即与介质直工件即与介质直接接触接接触, ,介质在工件表面介质在工件表面 通过介质的汽化并不断逸出气泡通过介质的汽化并不断逸出气泡而带走了大量热量而带走了大量热量, ,使冷却速度变使冷却速度变快快. .如图中如图中BCBC段段, ,沸腾阶段前期冷速很大沸腾阶段前期冷速很大, ,随工件温随工件温度下降度下降, ,其冷速逐渐减其冷速逐渐减, ,此阶段此阶段一直要持续到工件冷至介质的沸一直要持续到工件冷至介质的沸点时为止点时为止, ,这是这是。 有物态变化的有物态变化的淬淬火介质冷却机理火介质冷却机理：冷却过程大致可分为冷却过程大致可分为汽膜阶段汽膜阶段

6、沸腾阶段沸腾阶段对流阶段对流阶段（3 3）对流阶段对流阶段当工件冷至当工件冷至时时, ,则主要依靠则主要依靠方式进行冷却方式进行冷却, ,这时工件的冷速甚至比蒸这时工件的冷速甚至比蒸汽膜阶段还要缓慢汽膜阶段还要缓慢, ,如图如图CDCD段段, ,随着工件表面与介随着工件表面与介质的温差不断减小质的温差不断减小, ,冷却冷却速速度愈来愈小度愈来愈小, ,这是这是。 有物态变化的有物态变化的淬淬火介质冷却机理火介质冷却机理：冷却过程大致可分为冷却过程大致可分为汽膜阶段汽膜阶段沸腾阶段沸腾阶段对流阶段对流阶段3.2.23.2.2 淬火介质冷却特性的测定淬火介质冷却特性的测定 淬火介质冷却能力最常用的

7、表示方法是所谓的.规定18静止水的淬火烈度H1，其它淬火介质的淬火烈度由与静止水的冷却能力比较而得。 淬火烈度淬火烈度H测量测量-银球探头法银球探头法3.2.23.2.2 淬火介质冷却特性的测定淬火介质冷却特性的测定 试样温度与冷却时间的关系冷却速度与试样温度的关系图3-4 具有物态变化的淬火介质冷却特性曲线示意图AB气膜阶段，BC沸腾阶段， CD对流阶段是指蒸汽膜破裂即沸腾阶段开始的温度是指蒸汽膜破裂即沸腾阶段开始的温度 几种常用淬火介质的淬火烈度几种常用淬火介质的淬火烈度H 几种常用淬火介质的淬火烈度几种常用淬火介质的淬火烈度H不同程度搅拌时几种常用淬火介质的淬火烈度不同程度搅拌时几种常用

8、淬火介质的淬火烈度H1 1. .水水右右图图是是水在静止与流水在静止与流动状态下的冷却特性动状态下的冷却特性,可见静止水的蒸汽膜可见静止水的蒸汽膜阶 段 温 度 较 高阶 段 温 度 较 高 , 在在,此阶段的冷速缓慢此阶段的冷速缓慢,约约180/s.才进入沸腾阶才进入沸腾阶段段,使冷却速度急剧上使冷却速度急剧上升升,.不同温度的水的冷却特性. (a) 静止水， (b)循环水水作为水作为淬淬火介质的火介质的, ,水温升高水温升高, ,冷却能力便冷却能力便急剧下降急剧下降, ,并使对应于最大冷速的温度移向低温并使对应于最大冷速的温度移向低温, ,放使用放使用温度一般为温度一般为20402040,

9、 ,最高不许超过最高不许超过6060； , , 易使工件严重变形甚至易使工件严重变形甚至开裂开裂； , ,因为这些外来质点作为形成蒸汽的核心因为这些外来质点作为形成蒸汽的核心, ,将加速蒸汽将加速蒸汽膜的形成并增加膜的稳定性膜的形成并增加膜的稳定性 , , 所以当水中混入这些杂所以当水中混入这些杂质时质时, ,工件猝火后易于产生工件猝火后易于产生. .为了提高水的冷却能力为了提高水的冷却能力, , 往往往在水中添加往在水中添加- -定量定量( (一般为一般为510%)510%)的的, ,目前比较目前比较普普遍采用的是遍采用的是 , , 其其是蒸汽膜是蒸汽膜阶段缩短，特阶段缩短，特性温度提高，从

10、而加快冷却性温度提高，从而加快冷却速度速度. .食盐水溶液的冷却能力在食食盐水溶液的冷却能力在食盐浓度较低时随食盐浓度的盐浓度较低时随食盐浓度的增加而提高，随温度提高，增加而提高，随温度提高，冷却能力降低。冷却能力降低。盐水的盐水的是在低温（是在低温（200 300）区间冷速仍很大。）区间冷速仍很大。 食食盐盐水水溶溶液液图3-6 不同成分食盐水溶液的冷却特性碱水作为碱水作为淬淬火介质火介质,常用的是常用的是5%l5%NaOH水溶液水溶液.它它.此外它能此外它能,一般不需清理一般不需清理,故又称其为故又称其为. 但碱水的应用不如盐水广泛但碱水的应用不如盐水广泛,其原因是其原因是 NaOH ,淬

11、淬火时有火时有产生产生,以以及及等等.因此未因此未能广泛应用能广泛应用 。碱碱水水图3-7 不同温度的50%NaOH水溶液的冷却特性3.油油植物油植物油矿物油矿物油淬淬火火油油是是: 油油的沸点一般比水高的沸点一般比水高150300,其对流阶段的开始其对流阶段的开始温度比水高得多温度比水高得多,由于由于 , 故故低温区间的冷速远小于水低温区间的冷速远小于水,将有利于减少工件的变形与开裂倾向将有利于减少工件的变形与开裂倾向.是是 : , 仅为水的仅为水的 l/51/6. 只能只能用于合金钢或小尺寸碳钢工件的用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬淬火火 .此外此外 ,油油经长期使用还会经长期使用还会发生发

12、生 , 故需定期过滤或更换新油等。故需定期过滤或更换新油等。提高提高油油温可降低粘度温可降低粘度, 增加流动性增加流动性 , 因而可提高其冷却能力因而可提高其冷却能力 .油油温一般应控制在温一般应控制在 60 80 , 最高不超过最高不超过 100120 即即油油的的工作温度应保持在闪点由以下工作温度应保持在闪点由以下 100 左右左右 , 以免着火以免着火 . 闪点闪点( flash point of fuel oil): 全称全称燃油闪火点燃油闪火点，在燃油加热过程中，当点，在燃油加热过程中，当点火源接近燃油蒸汽和周围空气所形成的混合气时，可产生瞬间即来的火源接近燃油蒸汽和周围空气所形成的

13、混合气时，可产生瞬间即来的闪火现象的最低温度。是有关安全防火的一个重要指标。闪火现象的最低温度。是有关安全防火的一个重要指标。 1)高速淬火油高速淬火油淬火油的发展淬火油的发展4 有机物质的水溶液及乳化液有机物质的水溶液及乳化液a 有机物水溶液作为淬火介质有机物水溶液作为淬火介质目前各国都在发展目前各国都在发展有机物水溶液作为淬火介质有机物水溶液作为淬火介质。一些国家均有。一些国家均有以水基添加有机物和矿物盐的淬火介质专利。以水基添加有机物和矿物盐的淬火介质专利。例如美国应用例如美国应用15聚乙烯醇，聚乙烯醇，04抗粘附剂，抗粘附剂，04防泡剂的淬火介质防泡剂的淬火介质。其他国。其他国家也应用

14、类似的淬火介质。家也应用类似的淬火介质。优点：优点：目前最常用的有机物质的水溶液为聚乙二醇水溶液，并目前最常用的有机物质的水溶液为聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂，加入一定的防蚀剂，以防在淬火后清理前停放的有限时间内发生以防在淬火后清理前停放的有限时间内发生腐蚀。这种水溶液与多数乳化液相比，有容易控制，可用普通水腐蚀。这种水溶液与多数乳化液相比，有容易控制，可用普通水(不必软化处理不必软化处理)调节到一定浓度，可不经处理直接从下水道排走等调节到一定浓度，可不经处理直接从下水道排走等优点。优点。(4) 有机物质的水溶液及乳化液有机物质的水溶液及乳化液b 乳化液作为淬火介质乳化液作为淬火介质 最

15、常用的乳化液是矿物油与水经强烈搅拌及振动而成最常用的乳化液是矿物油与水经强烈搅拌及振动而成。即一。即一种液体以细小的小滴形式分布在另一种液体中呈牛奶状溶液，故种液体以细小的小滴形式分布在另一种液体中呈牛奶状溶液，故称称乳化液乳化液。如果水形成外相，油滴在水中则称油水乳化液。如果水形成外相，油滴在水中则称油水乳化液。要使要使这种分布状态稳定，除了上述机械振动外，还应加入乳化剂这种分布状态稳定，除了上述机械振动外，还应加入乳化剂。这这种乳化剂作为表面活性物质富集在界面上，通过降低界面张力，种乳化剂作为表面活性物质富集在界面上，通过降低界面张力，使乳化稳定。使乳化稳定。 乳化液一般用于火焰淬火和感应淬火时的喷水淬火，乳化液一般用于火焰淬火和感应淬火时的喷水淬火，一般要一般要求有求有高的稳定性高的稳定性，在使用和放置时间内不分解；喷射到工件