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高溫爐之淬火工藝的原理及分類

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高溫爐之淬火工藝的原理及分類

淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應用。機械中重要零件,尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件干差萬別的技術要求,發(fā)展了各種淬火工藝。如,按接受處理的部位,有整體、局部淬火和表面淬火;按加熱時相變是否,有淬火和不淬火(對于亞共析鋼,該法又稱亞臨界淬火);按冷卻時相變的內(nèi)容,有分級淬火,等溫淬火和欠速淬火等。

  工藝過程 包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例,介紹上述三個階段工藝參數(shù)選擇的原則。

  加熱溫度 以鋼的相變臨界點為依據(jù),加熱時要形成細小、均勻奧氏體晶粒,淬火后獲得細小馬氏體組織。

  實際生產(chǎn)中,加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限,當裝爐量較多,欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限;若工件形狀復雜,變形要求嚴格等要采用溫度下限。

  保溫時間 由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言,保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火,其保溫時間終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。

  加熱與保溫是影響淬火質量的重要環(huán)節(jié),奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶??刂圃?~8級。

  冷卻方法:要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體,冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中, 表面與心部的冷卻速度有-定差異,如果這種差異足夠大,則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉變成馬氏體,而小于臨界冷卻速度的心部不能轉變成馬氏體的情況。為整個截面上都轉變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質,以工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大,工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應力,可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素,合理選擇淬火介質和冷卻方式。

  冷卻階段不僅零件獲得合理的組織,達到所需要的性能,而且要保持零件的尺寸和形狀精度,是淬火工藝過程的關鍵環(huán)節(jié)。

  分類:可按冷卻方式分為單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等。冷卻方式的選擇要根據(jù)鋼種、零件形狀和技術要求諸因素。

  單液淬火:將工件加熱后使用單一介質冷卻,常使用的有水和油兩種。為防止工件過大的變形和開裂,工件不宜在介質中冷至室溫,可在200~300℃出水或油,在空氣中冷卻。單液淬火操作簡單易行,廣泛用于形狀簡單的工件。有時將工件加熱后,先在空氣中停留-段時間,再淬入淬火介質中,以減少淬冷過程中工件內(nèi)部的溫差,降低工件變形與開裂的傾向,稱為預冷淬火。

  雙液淬火:工件加熱后,先淬入水或其他冷卻能力強的介質中冷卻至400℃左右,迅速轉入油或其他冷卻能力較弱的介質中冷卻。變溫曲線如圖2中曲線2。所謂水淬油冷"法使用得相當普遍。先淬入冷卻能力強的介質,工件快速冷卻可避免鋼中奧氏體分解。低溫段轉入冷卻能力較弱的介質可有效減少工件的內(nèi)應力,降低工件變形和開裂傾向。本工藝的關鍵是如何控制在水中停留的時間。根據(jù)經(jīng)驗,按工件厚度計算在水中停留的時間,系數(shù)為O.2~O.3s/mm,碳素鋼取上限,合金鋼取下限。這種工藝適用于碳素鋼制造的中型零件(直徑10~40mm)和低合金鋼制造的較大型零件。

  分級淬火:工件加熱后,淬入溫度處于馬氏體點(ms)附近的介質(可用熔融硝鹽、堿或熱油)中,停留一段時間,然后取出空冷。變溫曲線如圖2中曲線3。分級溫度應選擇在該鋼種過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域,以分級停留過程中不發(fā)生相變。對于具有中間穩(wěn)定區(qū)(兩個鼻子")型TTT曲線的某些高合金鋼,分級溫度也可選在中溫(400~600℃)區(qū)。分級的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致,減少在后續(xù)冷卻過程中的內(nèi)應力及變形和開裂傾向。此工藝適用于形狀復雜,變形要求嚴格的合金鋼件。高速鋼制造的工具淬火多用此工藝。

等溫淬火:工件加熱后,淬入溫度處于該鋼種下貝氏體(B下)轉變范圍的介質中,保溫使之完成下貝氏體轉變,然后取出空冷,變溫曲線如圖2中的曲線4。等溫溫度對下貝氏體性能影響較大,溫度控制要求嚴格。等溫淬火工藝特別適用于要求變形小、形狀復雜,尤其同時還要求較高強韌性的零件。


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