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浅谈淬火油的选择

浅谈淬火油的选择

      冷却是金属热处理工艺过程中不可缺少的步骤,而在冷却过程中,淬火介质的使用是其关键的环节之一。目前,金属热处理工艺常用的淬火介质主要有水、矿物油以及水基淬火液等。
      水是冷却性能很强的淬火介质,但在工件的马氏体由300℃冷却至100℃时,如用水冷却,则冷却速度太快,容易引起工件变形及开裂。而用矿物油作为冷却介质,则存在冷却速度偏慢的缺点,容易造成工件淬火后硬度不足。淬火油或水基淬火液通过在矿物油或水中加入添加剂的方式制得,可用于调节工件的冷却速度。

1、淬火油的选择

  (1)淬火油分类及性能要求
      淬火油以基础油为主要原料,加入催冷剂、抗氧剂、光亮剂等添加剂调和组成。石化行业标准SH/T 0564—1993《热处理油》对淬火油的分类见表1。


  作为一种工艺用油,淬火油必须具有以下特性要求:
      ◇良好的冷却性能;
      ◇合适的黏度和高闪点;
      ◇良好的热氧化安定性;
      ◇水分含量低,光亮性好。
      淬火油要求的最重要性能是冷却性能。钢材在淬火油中的冷却需经过3个阶段,即蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。其中钢材在沸腾阶段的冷却速度最快,而在蒸汽膜阶段和对流阶段的冷却速度较慢。
      从钢材的热处理角度来说,淬火的首要目的是获得所要求的硬度,从而提高钢材的机械性能。因此,应当尽量选择冷却速度快的淬火油。以保证工件淬火后的硬度和淬硬层深度。
      目前,采用ISO 9950—1995《工业淬火油冷却特性的测定》方法测定 冷却速度最快的超速淬火油的最大冷却速度,则基本不超过120℃/S,且在300℃时的冷却速度低于30℃/S。因此,对于大多数钢种,因淬火油冷却速度过快而导致工件出现裂纹和淬裂的可能性是非常小的。

2、影响淬火油选择的主要因素

(1)工件钢材的材质
      钢材的碳含量越低,其最易由奥氏体发生珠光体转变的温度(即所谓C曲线的“鼻子”位置的温度)就越高,见图1。由于淬火的目的是使钢材由奥氏体组织向马氏体组织转变,因此,为了防止产生珠光体转变,淬火油的温度一时间冷却曲线应当避开C曲线的“鼻子”位置,这就要求淬火油在C曲线的“鼻子”位置的冷却速度要快。
      对于碳含量较低的钢材,淬火油应当尽早进入沸腾阶段冷却,并要求淬火油的最大冷却速度应超过钢材的临界冷速,即淬火油应具有较高的特性温度和最大冷却速度。同样,对于碳含量高的钢材.则淬火油的特性温度和最大冷却速度可要求低一些。

(2)工件钢材的淬透性
      对于淬透性较差的钢材来说,如碳素钢和低合金钢,要求淬火油的最大冷却速度要高。而对于淬透性较好的钢材,如高合金钢,则淬火油的最大冷却速度低一些影响不大,同样可以把工件淬硬。
在合金钢中,由于Cr、Mn、Mo、Ni等合金元素的加入,其淬透性会增大,C曲线会向坐标系的右下方移动,因此,对于淬火油特性温度的要求也会适当降低。

(3)工件尺寸及形状
      工件的截面尺寸越小,越容易淬硬,而且可以得到表面与心部一致的淬硬层。而对于截面尺寸较大的工件,工件表面经过沸腾阶段冷却后,因冷却速度降低,导致工件内部的奥氏体组织还未完成向马氏体转变,因此只有工件表面完成了由奥氏体向马氏体的转变,其心部则是珠光体、铁素体等非马氏体组织,由此造成工件心部硬度不足。因此,对于截面尺寸较大的工件,为了保证淬硬层深度,应当选用在对流阶段还具有一定冷却速度的淬火油,即低温区冷却速度较快的淬火油。
      另外,截面尺寸较大的工件对淬火油的最大冷却速度要求高;而对于截面尺寸较小的工件,淬火油的最大冷却速度小些无妨。
      工件的形状也是选择淬火油时必须考虑的一环因素之一。形状复杂的工件在经过使用淬火油冷却时,某些部位冷却得快,已经进入了沸腾阶段的冷却,而有的部位还停留在蒸汽膜阶段冷却。由于工件各个部位冷却的速度不一不同,因此易造成很大的淬火变形。因此,对于形状复杂的工件的冷却,应选用蒸汽膜阶段冷却时间短,即特性温度高的淬火油,从而使工件的各个部位迅速进入沸腾阶段冷却,以减少工件变形量。

(4)工件尺寸及形状
      一些精密零件,如轴承内外圈、汽车齿轮等,要求工件淬火后的变形量微小。这类工件对应的淬火油要求蒸汽膜阶段冷却时间短、低温区冷却速度慢、油温变化对冷却性能影响小等性能。这就要求采用运动黏度较高的快速光亮淬火油或者等温分级淬火油进行淬火,以使工件的变形量减到最小。

(5)淬火设备
  淬火设备也是选择淬火油时的一个重要参考因素:
      ◇对于使用真空炉淬火的用户,应当推荐其使用饱和蒸汽压低、挥发性小、光亮性好的真空淬火油;
      ◇对于使用具有保护气氛的网带炉、多用炉等淬火的用户,要求经过淬火后的工件表面基本维持原来的光亮程度,或呈现银白色或灰白色,则应推荐光亮性能较好的快速光亮淬火油。

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