热处理淬火介质的选择及其应用

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热处理淬火介质的选择及其应用

◆祝虎侠　陕西省森林保护研究所

　　【摘　要】在热处理过程中淬火介质的选择与冷却规范的确定是保证和提高热处理零件质量的一个重要环节。随着机械制造和金属材料的发

展,对产品零件热处理的质量要求日益提高,原来广泛采用的水、油、盐溶解已不能满足使用要求,迫切需要发展一些可以在较大范围内调整冷却速度的新型淬火介质,以适应不同零件的工艺要求。

【关键词】热处理　介质　选择　　采用各种水溶性物质取代油作为淬火介质,已成为各国热处理行业的共同课题,水溶性淬火介质就是加入溶质不同,大体可分为无机盐及有机聚合物两类,通常采用的一些无机盐类如氯化钠、碳酸钠、销酸盐、氢化钙、氢氧化钠(或钾)硫酸铜和水玻璃等,组成单一的或几种混合的水溶液,在生产应用上都取得了一定的效果,但一般冷却速度均较快,可调节的范围仍较小,有的溶液还具有较强的腐蚀性,从六十年代以来国内外采用的一些新型水溶液聚合性淬火介质,一般都具有无毒、无烟、无嗅、不燃烧,无腐蚀等特点,通常选择一种聚合物,配以其他添加剂组成各种水溶性介质,适当调整水溶液的浓度,温度和流动速度,可以获得不同的冷却能力,以适应各种零件的淬火要求,淬火介质的研究工作和实际应用都取得了很大进展,许多国家都有些不同型号的水溶性聚合物淬火介质,有的国家提出逐步用水溶性聚合物淬火介质取代淬火油。

我国对水溶性淬火介质开展系统的研究,发展了一些具有我国特色的新型水溶性淬火介质,品种不断增加,结合本单位生产和科研实际配制各种不同淬火溶液,满足实际需要,并已在生产和科研取得了较好的效果。水是最经济的淬火介质,但它的冷却特性曲线不理想,火变形与开裂的倾向大,为改变水的淬火特性,淬火介质,称之为XL-ZnCr,的物理性能,,其淬透性较强,,,在钢板弹,淬火介质可在0-80℃范围使用,、、无嗅味、无污染、不老化,XL-ZnCr配合,Zn离子提高介质的特物温度,氯离子可以提高其活性,两种物质与水混合成为理想的淬火介质。

　　一、介质配制及冷却速度的测定

将XL和ZnCr以不同重量比配制成不同的水溶液,XL按重量递增依次以R1-R5表示R6R7中没有XL,只是ZnCr水溶液,介质呈褐色,为微粘稠的液体。用银球探头法测定冷却速度φ20mm银球如图,将热电偶焊在银球的心部,用XL2-204型记录仪测量介质的冷却速度,银球的加热温度为800℃所测介质容量为2000ml,介质温度在12-24℃之间,用图解说微分法计算冷却速度。

为了比较它们的冷却特性曲线,用同样的条件和方法测定10%Nicr水溶液,自来水和机油的冷却速度,XL-ZnCr2改变了水的冷却特性曲线R1R2R3介质的冷却速度介于盐水和油之间,随着XL浓度增加冷却速度减小,可以得到相当于油的,甚至比油更慢的冷速,XL把最高冷却速度值,推向奥氏体稳定程度最小的温度区间,可以看出如R5介质在

650-550℃之间冷却速度最高。但马氏体形成区在300-200℃之间,

R6和自来水的相对粘度计入表中,粘度的大小是时间的长短表示。时

间长表示粘度大,时间短表示粘度小,可以看出粘度随温度的升高,有

直线降低。

而XL-ZnCr2的浓度对粘度的影响并不明显,该介质的粘度比自来水的粘度稍高。

2.比重。用普通比重计在常压和室温为20℃时,测量了R2R3R4

R6的比重,如表2随着溶液中XL和ZnCr2的增加,比重增加,而数值的

变化特别敏感。

表1　XL-ZnCr2介质的粘度

成分温度(℃)粘度(s)

R20-4065759514388636749

R2040657595146947062自来水

204065759513895795947

表2　2介质比重

R>.06

R1.1.023

R1.015

①沸点将介质加热至沸腾,在常压下及20℃室温时,用水银温度计测量其沸点,各种成分的介质均为101℃。②RH值用25型酸度计测定PH值为6.42。与自来水的PH值相同。表明该介质为中性。③无毒验证,取介质放入细口烧杯内,瓶口装胶管,放在电炉上加热,沸腾后将水蒸通入装蒸馏水的试管中,用试剂检查毒性,结果无毒。

工艺性能试验。选用45钢和T12钢为工艺试验材料。①淬透性。用φ30×100mm的圆柱试样,在盐炉中加热,淬入不贩介质中,待冷却后取出,测其中间横断面硬度,用XL-ZnCr2水溶性淬火介质的淬透性与10%NaCr2水溶解的淬透性,相近,硬化效果好,45钢可得到理想的淬透性完全能满足生产的要求需要。②变形与开裂。将两种钢材制成相同形状和尺寸,测示变形与开裂,在盐溶炉中加热,T12钢780℃×5Min淬火,冷却后取出,立刻测量开口处的淬火前尺寸之差即为变形量,用磁力探伤仪检查没有发现裂纹。用三种介质的变形量均较小,R4介质最小且比机油还小。

生产应用。实践证明,使用温度可在0-80℃淬火能力不降低,抗老化、不分解、不变质,可以取代双液,淬火和油淬,适合于低中合金钢和普通碳钢。

模具淬火。火淬油冷常因控制不好,在盐水中冷却时易造成废品,大型模具常产生软点和硬度不均匀等缺点,采用XL-ZnCr2淬火介质一次冷到底,对小型模具相当于双液淬火,对于大型模具淬火性能远远超出双液淬火,如外形尺寸300×150×50mm的冲压落料凹模,用XL-ZnCr2介质比双淬火硬度高出HRC8度,无软点、延长了模具使用寿命。

XL-ZnCr2水溶性淬火介质是一种由高分子聚合物与无机盐混合

冷却速度最低,相当于油的冷却速度。

ZnCr2水溶液冷却速度特性曲线很不合理,冷却速度的最高峰值不处在奥氏体转变的最不稳定区域,因此ZnCr2并不是好的介质,生产中介质的使用温度大多在30-60℃之间,选用R2成份的介质升温到28、

36、40、45、52、60、62℃时的冷却速度。可以看出R3介质在45℃以内的

冷却速度稳定,超过45℃时,随温度的升高冷却速度提高。

　　二、粘度和比重:(物理常数的测定)

1.粘度。这是表征溶液分子间内磨擦力大小的数值,是影响淬火介质性能的非常重要的因素,采用0.6mm的毛细管理粘度计测量了R4

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成的淬火介质。以各种不同的比例与水混合后使用,具有如下优点。①冷却特性曲线接近理想要求,冷却速度介于盐水和油之间相当于油或比油的冷却速度还低。②淬透性能良好,硬度均匀,无软点,工件变形与开裂的倾向小,无烟、无污染、无嗅、价格低廉、来源丰富、便于使用。③使用温度范围较宽0～80℃之间性能良好,不易老化。