水溶性淬火介质在大型锻件热处理中的应用

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热处理淬火需根据工件材料及尺寸选择合适的淬火工艺。淬火质量的好坏,关键是淬火介质的冷却特性及其工艺的合理控制。淬火介质的选择一般要求在高温区(650℃左右)冷却速度快些,避免先析相的产生及过冷奥氏体的分解,在低温区(400℃以下)冷却速度慢些,以降低组织应力。但是大型锻件由于尺寸大,冷却过程的不均匀性会造成极大的热应力,该热应力同复杂的组织应力相互叠加极可能产生变形开裂。因此,大型锻件的关键工艺控制要点是如何在保证足够淬硬层的情况下减少热应力和组织应力,这就要求结合实际工况条件制定出相互匹配的热处理工艺。中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热
    大型锻件在加热过程中,由于尺寸较大,表面与心部之间存在较大的温度梯度,从而导致大的热应力。为避免过大的热应力,应该控制装炉温度和升温速率,特别是尺寸大、合金元素含量高的锻件,多采用阶梯式加热,即规格较大的工件采取低温装炉并以较低的速率加热,在升温过程中进行一次或多次中间保温.由于大型锻件多选用合金结构钢,加热温度一般选择Ac1+(30～50)℃。锻件在加热过程中,低温阶段升温速率应控制在较慢的范围内,建议控制在(30～70)℃/h。经中间保温后,整个工件内外表面塑性都比较好,升温速率可以快些,一般取(50～100)℃/h。中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
- U. J" j/ @' Y! n( b    为保证足够的淬硬层深度,必须选择合适的水溶性淬火介质及浓度。众所周知水溶性淬火介质的冷却速度会随浓度的提高而降低,建议介质选择的基本原则是:中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
* F4 j. H/ k: g8 W/ }0 y    (1)工件尺寸小尽量选择较高的介质浓度,工件尺寸大则可适当降低浓度;中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
; o& L5 J) b5 J  ]    (2)多台阶或形状不规则的工件尽量选择较高的介质浓度;中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
    (3)若工件材料的淬透性较差,可选择冷速较快的介质及较低的介质浓度;若工件材料的淬透性较好,则应选择冷速较慢的介质及较高的介质浓度。
6 R" `! h& ~$ C6 P' u* M' M    自来水的冷却特性具有两大缺陷,一是低温冷速太快,二是冷却特性对水温异常敏感,水溶性淬火介质同样遗传了自来水的这样一些特性。淬火液在使用过程中液温难免会升高,温度升高使蒸气膜的稳定性提高,导致高温阶段的冷却速度和特性温度明显下降,甚至出现了油类淬火介质典型的蒸气膜阶段。液温升高同时会使工件表面包附更厚的PAG膜,提高了对流冷却阶段的开始温度,导致低温冷速降低中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
- l, Q  |, D7 X* I' J    对于水溶性淬火介质,搅拌是一个非常重要的工艺参数。通过调整搅拌方式不但可以获得不同的淬火烈度。还可以改善淬火硬度的均匀性,同时延缓介质的老化。实现搅拌有多种方式如下:中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
    (1)最原始的搅拌方式就是淬火时用吊车(行车)上下左右前后晃动,但这种搅拌人为因素太大,没有规律性可言,淬火后产品质量的可控性很差。
    (2)某些企业通过通入压缩空气进行搅拌。但是压缩空气的通入可能会导致工件表面粘附有气泡,同时对工件表面热量的传递产生影响,同时冷却均匀性也很难保证。此外,空气的通入还加快了淬火介质的老化。中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
    (3)也有部分企业的淬火槽是采用泵搅拌。这种搅拌在淬火区内形成的流态场为层流,介质只作轴向(单向)运动,虽然局部的淬火烈度可以达到很高,但是淬火件的各个侧面(正面和反面)的冷却速度差极大。另外,即使扬程再大、流量再大的泵,也很难使整槽内的介质全部运动起来。
    大型锻件在加热和冷却的过程中,为保证组织转变的均匀性,需根据工件的实际形状设计专用的工装和夹具。在保证使用过程中有足够强度的前提下,工装夹具应尽可能轻巧,以利于缩短加热时间,降低能耗及成本。中国热加工网——铸造、锻压、焊接、热处理、工业炉、检测仪器
    为了减小淬火应力,避免产生裂纹,可以采用预冷淬火的措施,降低零件各部分的温差,使一些危险易裂部位的淬火应力得到缓解。由于上部奥氏体亚稳区冷却缓慢,则延缓了过冷奥氏体形核过程而使淬硬层增厚,有利于大壁厚零件的生产。预冷时间可根据钢的连续冷却转变曲线并结合生产经验来确定。为有效减小淬火过程中的热应力,可以采用“水基2空间歇”的冷却方式。工件在空气中冷却时,可以使工件表面温度慢慢回升,消除部分淬火过程的内应力,某种意义上还可起到自行回火的作用。若冷却的间隔时间控制得当还可以有效降低内外表面温差,减小冷却过程的热应力。
    水溶性淬火液冷却速度比油快很多,在蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段均有所提高,尤其是在沸腾阶段冷速最快,因此能够有效地避开奥氏体向珠光体及贝氏体的转变,最终得到马氏体组织及少量的残余奥氏体。但是水溶性淬火液的低温冷速比油要快很多,正好处于马氏体转变区,这会增加零件的变形开裂倾向。因此对于淬透性好、尺寸大的锻件,必须严格控制终冷温度,否则极容易造成淬裂现象的发生。
: ]1 }! N# b# V! ]1 S$ E* ^: g    对于夹杂物和气体含量都很少,化学成分均匀的较小规格锻件,可直接冷透;对于冶金质量较差、规格较大、形状复杂的锻件,建议终冷温度可提高至材料Ms点左右,在终冷温度下的保持时间,应以使锻件心部完成规定的组织转变为准。中