1、20℃靜止的水特性溫度約為380℃,從800~380℃為蒸汽膜階段,平均冷速約為180℃。380~100℃為沸騰階段,平均冷速約為200℃/s。最大冷速約為780℃/s,最大冷速對應(yīng)的溫度約為280℃。100℃以下為對流階段,在100℃時的冷速約為100℃/s。
2、與油相比,水的冷卻速度較大,見圖2-15?梢钥闯,在60℃時,水的冷速為油的6倍,而在200℃時,為油的28倍。
3、水的特性溫度低(380℃),三個階段的溫度與鋼材的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線不吻合。碳素鋼的過冷奧氏體的最不穩(wěn)定區(qū)域在650~500℃,這時,水正處在蒸汽膜階段,冷卻速度并不是很快,截面尺寸較大的碳鋼水淬表面硬度不足或淬硬層過薄的原因就在于此。對于馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域(300~200℃),水的冷卻速度極大,因而對形狀復(fù)雜的工件易造成開裂而報廢。
4、水溫對水的冷卻能力影響很大,水溫升高,冷卻能力急劇下降,特別是高溫區(qū),例如,水溫從20℃升高到40℃時,在600℃時的銀球冷速降低(試樣為20mm的銀球,移動速度下)時冷卻速度下降的較少。另外,水溫升高,特性溫度明顯下降,例如,20℃時特性溫度為380℃,40℃特性溫度約為320℃,600℃特性溫度約為250℃,這使最大冷卻速度向低溫移動。因此,應(yīng)嚴(yán)格控制淬火水槽的溫度,采取措施,使水溫控制在40℃以下,但是,對同一工件,特別是有較細(xì)的通孔、盲孔、內(nèi)角等部件,因蒸汽的移出和水的流動受到限制,致使這些部位的區(qū)域水溫升高,降低了淬火質(zhì)量,可采用工件運(yùn)動或水流動等方法予以改善。
5、工件在水中運(yùn)動或者水循環(huán),可使蒸汽膜早期硤壞而進(jìn)入沸騰快冷階段,可以有效地提高工件在高溫階段的冷卻速度,并可改善冷卻的均勻性。從圖可以看出,對于20℃水來說,循環(huán)水可從靜止水的平均冷速180℃/s提高到360℃/s,并使特性溫度和最大冷速有所提高。
應(yīng)指出,水中含有較多的氣體或不溶或微溶的物質(zhì)(如泥土、油、肥皂等),都會引起水冷卻能力的降低。因為水中的氣體和這些外來質(zhì)點(diǎn)能作為形成蒸汽的核心,加速蒸汽膜的形成且增加膜的穩(wěn)定性,淬火時易形成軟點(diǎn)。水中溶入鹽、堿等可溶性物質(zhì)時,其冷卻能力會有所提高。
還應(yīng)指出,各地區(qū)的水質(zhì)有所不同,對冷卻能力也有影響。總之,水作為淬火介質(zhì),優(yōu)點(diǎn)很突出,缺點(diǎn)也很嚴(yán)重。水的兩大缺點(diǎn)是:水在低溫區(qū)冷卻速度太快,易造成泮火件的開裂,這是水的第一大缺點(diǎn);水的冷卻特性對水溫變化敏感性太強(qiáng),水溫升高易造成淬火硬度不足和軟點(diǎn),此為水的第二大缺點(diǎn)。
克服水(包括有機(jī)聚合物水溶液)的兩大缺點(diǎn)的辦法如下。
辦法一:選擇在單一的冷卻階段內(nèi)冷卻。選用那些特性溫度高于工件淬火加熱溫度的介質(zhì),使整個冷卻過程都在蒸汽膜階段以下進(jìn)行。例如,硝鹽浴等熔融鹽浴就屬于這一類。但它受到鋼種和工件截面尺寸的限制;只適用于中小尺寸的工件。
辦法二:加入能減小介質(zhì)溫度敏感性的添加劑,如加入一定量的無機(jī)鹽或堿。
辦法三:適當(dāng)降低工件的淬火加熱溫度,以縮短工件在蒸汽膜階段的冷卻時間,來減小上述敏感程度。
辦法四:降低介質(zhì)的使用溫度,以降低淬火時可能的最高液溫。
辦法五:淬火時工件運(yùn)動或通過加強(qiáng)介質(zhì)的流動和增大工件之間的距離等措施,減少工件周圍的液溫升高值,以減小上述的敏感程度。
辦法六:實現(xiàn)淬火槽的攪拌、冷卻的自動化和智能化,確保淬火液的使用溫度不超過規(guī)定值。
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