淬火冷却过程控制中的新认识与新技术

列举了行业内关于油与水性介质中淬火冷却方面的8种错误认识和错误做法.简单介绍了四阶段理论和蒸气膜内气体的流动规律及其对工件冷却快慢与冷却均匀性的影响.采用这些新知识开发出了10项可用于控制淬火冷却过程的新认识和新技术.它们是:1.交界线借用技术;2.超前扩展点的诱导技术;3.倒立气体堆;4.工件正放与斜放的不同冷却效果;5.阻止交界线扩展的隔离堤技术;6.表面冷却过程的5种图线表述方法;7.外形对称的工件得不到具有相似对称关系的淬火冷却效果;8.两种蒸气膜厚度测试方法和测试结果对比;9.淬火介质的冷却特性曲线不是探棒表面的冷却信息;10.应当向用户提供介质的冷却特性信息.     

隔离堤法的提出与实验验证

交界线借用和交界线扩展是工件在液态介质中淬火冷却时经常发生的事情.为防止交界线的扩展和借用,提出了隔离堤法.为证实隔离堤的作用,做了6个不同的验证试验.试验证明了隔离堤具有防止交界线扩展的作用,而隔离堤本身却不会诱导超前扩展点.分析了隔离堤防止交界线扩展的作用机理.最后展望了隔离堤法在精细淬火冷却技术中的作用.     

交界线借用挑战有效厚度观念

运用液态淬火介质中冷却的四阶段理论分析得出:在工件淬火冷却过程中,交界线借用应当是非常普遍的现象.工件上较厚大部分可以借用相邻部分已有的交界线,直接由蒸汽膜阶段进入中间阶段的交界线扩展期.由于省略了超前扩展点的形成期,交界线借用可以明显增大工件获得的冷却速度.这与建立在三阶段理论基础上的有效厚度观念是相矛盾的.通过两组实验,分别演示了交界线借用能提早结束厚度更大试样的蒸汽膜阶段,以及能使更厚大试样获得更高的淬火硬度的现象.由此可以认为,交界线借用动摇了传统的有效厚度观念.     

沸腾冷却区的宽度及其传达的信息

用摄像记录了液态介质中冷却时试样表面的冷却情况.试验发现,在液态介质中淬火时,试样表面的沸腾冷却是在呈带状的沸腾冷却区扫过的过程中完成的.这类沸腾冷却区通常多很窄,因此工件表面上任何部分经历沸腾冷却的时间都很短,靠沸腾冷却方式降低的温度都不多.淬火冷却中,从工件表面出现第一个超前扩展点开始,到蒸汽膜区完全消失为止的很长一段时间内,三种散热方式共同存在;其中,蒸汽膜冷却方式和与对流冷却方式对工件淬火冷却的贡献都比沸腾冷却的要大.     

超前扩展点的诱导

<正>用人工的方法诱导超前扩展点,可以使那些不容易产生超前扩展点、又难以获得交界线借用的表面冷却得更快。为加以区别,把这样诱导出来的超前扩展点称为人工超前扩展点,而把前面介绍的称为自然超前扩展点。现今开发的诱导超前扩展点的办法有两个:一是用诱导钉,二是向确定的表面点喷射淬火液,下面只介绍前一种方法。用诱导钉的做法和原理:淬火加热之前,在选定的部位焊一个直径很小的钉子。在随后的淬火冷却中,该     

淬火冷却中球体表面冷却过程的几种描述方法

以一个底端带诱导锥的球体试样为例,凭试样冷却过程的录像结果,结合传热学知识,提出了描述球体试样表面冷却过程的五种图形表示方法.它们是:交界线扩展图、表面Tb+ 等温线扩展图、表面冷却过程曲线、表面冷却速度曲线,以及不同冷却方式的表面积比例图.文中介绍了图线的绘制方法,分析了有关影响因素的作用规律,还讨论了改变这些因素来调控球体冷却速度和冷却均匀性的原则方法.在今后的精细淬火冷却技术中,这类图线可用来描述工件表面的淬火冷却情况,帮助寻找产生淬火冷却质量问题的原因,和设计淬火冷却的工艺方案.     

决定淬火工件表面冷却速度的两个新因素

用标准探棒检测出的油或者水的冷却速度曲线既不能反映探棒表面的冷却情况,也不能用来推测工件表面的冷却过程。因此,应直接观测工件的冷却过程。淬火冷却过程的直接观测和研究发现,除了淬火介质的冷却能力和工件某部位的有效厚度之外,不同工件表面蒸气膜内气体的流动状况和工件表面从蒸气膜向沸腾冷却方式转型的次序,对工件表面的冷却速度和整个工件的冷却均匀性都有很大影响。业已揭示了后两种新因素影响工件冷却速度和冷却均匀性的基本规律,从而可以在淬火冷却过程中对同一工件表面的不同部位的冷却速度分别加以控制,这种控制技术被称为精细淬火冷却技术。     

测量淬火冷却曲线几种热电偶的安装方法

为有效测量实际工件淬火冷却曲线,热电偶在工件上的安装必须满足温度响应快速,高稳定和牢固性等关键要求,为此设计了５种热电偶安装方法,应用高速测温系统测量了相应的冷却曲线,通过试验对比了不同安装方法的温度响应速度,重现性,牢固性,寿命和安装难易等特点。试验结果表明,将小直径的露端型铠装热电偶用钎焊法固定于小孔中的作法效果最好,为实际工件淬火冷却曲线测量提供了有效的方法。     

淬火冷却中工件的正放与斜放(一)

摄像记录了多种试样以正放和不同的斜放方式在油中淬火的冷却过程.研究对比了不同放置方式下试样冷却的快慢和冷却的均匀性.结果表明,和试样正放相比,试样斜放冷却得既快而又均匀.冷却过程中,在水平向下的表面上观测到倒立的气体堆.倒立气体堆的存在极大地减慢了所在表面的冷却速度,在工件上造成了很大的温度差.推测了倒立气体堆的形成机理和演变过程.提出了防止出现倒立气体堆的方法.蒸汽膜内气体的流动规律和中间阶段特性是引起上述现象和差异的原因.它们对试样淬火冷却效果的影响可归结成两类:一是在工件上造成了显著的相对厚度差,二是使形状对称的工件得不到具有相似对称关系的冷却效果.     

液态介质中淬火冷却的四阶段理论

一般认为,在液态介质中淬火冷却,工件的散热方式分为三个阶段:蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段.但是,在试验研究中发现了几种三阶段划分不能解释的现象.通过研究这些现象,提出了一个新的阶段:中间阶段.中间阶段位于蒸汽膜阶段与沸腾阶段之间.中间阶段的特点是具有等效厚度的表面上同时存在蒸汽膜冷却区和沸腾冷却区.提供了四阶段划分对应的冷却过程曲线和冷却速度曲线.讨论了中间阶段的特性.     

钢的淬火冷却与淬火软点

研究了钢的淬火软点的特征和淬火冷却的各种因素对产生淬火软点的影响。结果表明,在淬火冷却过程中要正确选择和控制淬火油的特性温度,淬火油的搅动程度和持续时间,加热介质的熔点和流动性,就能确保工作不产生淬火软点。采用低温硝盐浴作淬火介质也能防止淬火软点。     

模具钢淬透性及淬火变形分析研究

通过对影响模具钢淬透性因素和淬火变形的机理分析研究,指出了模具钢的淬透性及淬火热处理变形的影响因素,在制定淬火热处理工艺时,应充分考虑工件的形状、钢中的碳含量,根据工件所要求的力学性能,合理选择淬火方法及冷却介质,防止变形及开裂,以提高产品质量。     

大型锻件水空交替淬火过程的数值模拟

建立了33N iCrMoV14-5钢淬火过程温度-组织-应力耦合的数学模型,用自主有限元软件模拟了淬火过程中锻件温度场、组织场、应力场的演化过程,对不同的淬火工艺进行了比较。模拟结果表明水冷-空冷交替的淬火工艺可改善锻件表面附近的淬火应力状态,同时获得足够的心部冷速。对锻件内部应力场的计算表明水空交替淬火中,相变对应力场变化的影响大于热应力。     

Validation of a systematic approach to modeling spray quenching of aluminum alloy extrusions, composites, and continuous castings

Optimal cooling of aluminum alloys following the high- temperature extrusion process suppresses precipitation of intermetallic compounds and results in a part capable of possessing maximum strength and hardness after the subsequent age- hardening process. Rapid quenching suppresses precipitation but can lead to large spatial temperature gradients in complex- shaped parts, causing distortion, cracking, high residual stress, and/or nonuniform mechanical properties. Conversely, slow cooling significantly reduces or eliminates these undesirable conditions but allows considerable precipitation, resulting in low strength, soft spots, and/or low corrosion resistance. This study presents a systematic method of locating and operating multiple spray nozzles for any shaped extrusion such that uniform, rapid cooling and superior mechanical and metallurgical properties are achieved. A spray nozzle data base was compiled by measuring the distribution of spray hydrodynamic parameters (volumetric spray flux, mean drop diameter, and mean drop velocity) throughout the spray field of various industrial nozzles. Spray heat transfer correlations, which link the local spray hydrodynamic parameters to the heat transfer rate in each of the boiling regimes experienced by the surface, defined the spatially nonuniform boundary conditions in a numerical model of the quenching process that also accounted for interference between adjacent spray fields. New correlations, offering increased accuracy and less computational time, were formulated for the high- temperature boiling regimes which have a critical influence on final mechanical properties. The quench factor technique related predicted thermal history to metallurgical transformations occurring within the extrusion to predict hardness distribution. The validity of this unique approach was demonstrated by comparing model predictions to the temperature response (and hardness after artificial aging) of an L- shaped Al 2024- T6 extrusion to quenches with multiple, overlapping water sprays. The validation study reported herein concludes by exploring the possibility of applying quenching technology to improving the properties of extruded metal- matrix composites such as SiC_p/Al 6061 and cast alloys.     

硝盐等温淬火设备的设计与发展

硝盐淬火与传统油淬火相比有淬冷温度高,工件变形小、硝盐不易老化、安全性高,并可回收利用等特点.本文介绍硝盐淬火设备的构成和类型,重点阐述硝盐淬火槽结构和设计,涉及槽体、盐搅拌器、导流装置、淬火升降台、冷却等的设计要点.简述了等温槽、盐清洗机、储盐溶盐罐等的设计,并对等温淬火设备的发展进行了展望.     

三维点式感应淬火电磁热耦合场数值模拟

针对45钢三维点式感应淬火工艺进行参数设计,建立点式感应淬火过程的电磁场及温度场的非线性偏微分方程组,在有限元软件ANSYS中使用耦合场分析的方法实现了对加热功率为36 kW,电流频率为50 kHz的感应热处理工艺的数值模拟.结果表明,在综合考虑表面组织完全奥氏体化及感应加热效率的情况下,该工艺的最佳加热时间约为2 s.通过模拟分别得到使用冷却水和冷却油作为冷却介质时的感应淬火过程中的温度变化规律,结合45钢的连续冷却转变曲线,以马氏体转变临界冷却速度为判断依据,对淬火后工件表面组织进行预测,结果表明两种淬火条件均可以实现表面组织马氏体转变,实现工件的表面强化,且淬硬深度均约为1.0 mm.     

高频淬火加热时间对钢管表面组织和性能的影响

目的确定高频淬火后零件出现软点的原因,通过调整工艺参数以获得合格组织。方法通过直读光谱测试工件化学成分,采用体视显微镜、金相显微镜和扫描电镜观察试样的宏观与微观组织,分析工件的淬火层深度和显微组织形态。通过能谱仪测试样品淬火组织的成分差异。梳理生产过程,确定淬火零件软点形成的原因。结果通过扫描电镜配置的能谱仪测试发现,产生软点的样品黑色区域马氏体的碳含量较高,白色区域马氏体碳含量较低;未产生软点的样品黑区和白区马氏体的碳含量差别不大。结论高频淬火零件事先未经调质处理,碳含量分布不匀,高频淬火时间短,碳原子没有得到充分扩散,淬火后的零件在组织中形成了高碳和低碳马氏体两种结构,导致淬火后零件出现软点。