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.     

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.     

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.     

淬火介质的冷却特性曲线究竟说明了什么

在用标准测试仪检测淬火介质冷却特性的同时,用摄像机摄录了探棒周围的状况.对比发现,按测得的冷却特性曲线的形状划分的冷却阶段,与探棒表面实际发生的冷却情况大不相同.说明了产生这种差异的原因.通过分析和推理,得出了结论:不能从淬火介质的冷却特性曲线去划分探棒所处的冷却阶段;凭测出的冷却特性曲线不可能准确推算实际工件可能获得的冷却情况;淬火介质的冷却特性曲线只宜用在介质冷却特性的相互对比中.     

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.     

新知识催生精细淬火冷却技术

<正>一.决定冷却速度快慢和冷却均匀性的两个新要素物理学上把蒸发、热传导、对流和热辐射列为热传递的基本方式。在油(水)中淬火所获得的快冷,得益于这四种方式的共同作用。关于蒸发:从蒸汽膜外侧液面蒸发出来的气体首先是进入蒸汽膜内,而不是直接排放到淬火液中。蒸汽膜附着在工件上。蒸汽膜内的气体会发生流动,流动有自己的规律性。按规律对气体流动状况加以控制,可以调节工件冷却的快慢和冷却的均匀性。     

淬火介质(九)

（6）淬火的原理 淬火的原理普遍认为：在水、油类淬火介质中冷却过程的冷却特性曲线上分为蒸气膜、沸腾和对流三个阶段,见下图。介质的沸点远比淬火工件温度低,赤热的工件进入淬火介质迅速使周围的淬火液汽化,并形成一层蒸汽膜包围工件,使工件与周围淬火液隔开。     

淬火剂SST101冷却机制的探讨

本文对淬火剂ＳＳＴ１０１在其不同浓度、温度下冷却曲线及４０Ｃｒ钢在该介 淬火后的淬透性、变形开裂性的测定,探讨了其冷却机制。结果表明,该淬火剂在冷却金属时,在钨表面形成一层聚合物隔离膜,此膜能降低金属淬火时产生的热应力和组织应力,避免了冷却不均现象,减小了工件变形与开裂。     

油淬工件淬火畸变特点的成因

与高压气淬或者低温盐浴淬火相比,油淬工件的淬火畸变特点是:畸变数据零乱而没有规律;最大畸变程度通常也更大。出于对淬火油冷却特性曲线的错误认识而演变出来的工件表面温度与表面热流密度之间的一一对应关系,不能解释这种特点的成因。试验观测证明,表面温度与表面热流密度之间存在的是所处条件下的非一一对应关系。这种非一一对应关系是由蒸汽膜内气体的流动规律和冷却的中间阶段特性所引起的。应用这种非一一对应关系,既能解释淬火畸变程度更大的原因,也能解释畸变数据无规律的成因。     

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.     

对自来水作为淬火介质的两大缺点的研究

从自来水淬火时工件容易淬裂、硬度不均且畸变大等现象，列出了自来水作为淬火介质的两大缺点：一是低温冷却速度太快，二是冷却特性对水温变化太敏感。分析了自来水第二大缺点引起淬火硬度不均和畸变的原因。通过与气态介质的对比，指出了液态淬火介质共同的两类缺点：一是任何确定的液态介质，其冷却速度的可调节范围都很有限，以致同一个车间必须配备普通淬火油、中速淬火油和高速淬火油，才能满足不同工件的需要；二是工件从蒸汽膜阶段到沸腾阶段期间，冷却速度突然增大，可能引起较大的淬火畸变。提供了克服液态淬火介质第二类缺点的七类技术方法。     

大长径比零件高压气淬温度场数值模拟

针对大长径比零件淬火均匀性和变形控制这一难点问题,采用数值模拟方法研究高压气淬技术对大长径比零件温度场的影响规律。结果表明,气体的淬火压力越大、流速越快、换热能力越强,工件冷却速度越快。采用上下交替吹风的静态交变流型不会对工件的冷速产生明显影响,但有利于改善温度场均匀性,且上下交替吹风时间间隔越短,工件的温度场越均匀。     

冷却过程的动态特性与钢的实际淬火冷却

采用带中心电偶的钢探头在淬冷过程中产生的电势信号和信号处理技术获得了冷却过程的瞬时动态曲线。研究了不同尺寸探头和在不同淬火介质中的动态曲线,并与TTT和CCT曲线作了比较。结果表明,钢在具有物态变化的介质中淬火时,冷却速度剧烈波动主要出现在钢被浸入淬火剂的初始阶段,探头尺寸越小,冷却介质的冷却能力越强,冷却过程越不稳定;此外,冷却三阶段在动态曲线上没有明确的分界。在实际淬火操作中,宜选用特性点较高的淬火剂,以利于工件在动态特性变化大的范围内进行自适应调整。而在过冷奥氏体转变的快冷阶段,宜保持匀速冷却,以减少动态波动的干扰。动态波动程度低而又无物态变化的单一阶段冷却最有利于过程控制和减小工件畸变。     

Identification of Heat Transfer Coefficients by Use Conditions of Quenching Oil

Heat transfer coefficients of the quench medium are necessary for heat-treatment simulation. Cooling characteristics of quenching oil vary with kinds and usage greatly. Users are selecting oil solutions that come up to their desired hardness and quenching distortion requirements. In particular cooling performance rises by agitation and decompression. Therefore we identified a heat transfer coefficient by usage and kinds of quenching oil. Cooling characteristics are different greatly by a kind of quenching oil. A difference of a cooling characteristic by a kind of oil depends on a temperature range of a boiling stage and the maximum heat transfer coefficient mainly. On the other hand, in a convection stage, there are few changes in a boiling stage. Even if quenching oil temperature is changed, heat transfer coefficients do not change greatly. When quenching oil stirred, heat transfer coefficients of vapor blanket stage and a convection stage rise, but there are a few changes in a boiling stage. When quenching oil is decompressed a temperature range of a high heat transfer coefficient moves to the low temperature side. In addition, a heat transfer coefficient in a vapor blanket stage comes down. For precision improvement of heat-treatment simulation, it is important that the heat transfer coefficient is calculated in conformity to the on-site use reality.     

An Advanced Oscillation Mixing Method for Improving the Cooling Uniformity in Quenching

In quenching, the cooling uniformity is most important to diminish distortion occurring on work pieces. As a trial to accomplish uniform cooling, therefore, there exist various mixing methods of a quenchant and the quenchant circulation with an external pump has so far been the well accepted mixing method. However, this study proposes an advanced oscillation mixing method that can improve more the cooling uniformity in quenching. The proposed method includes a stirrer in oscillating motion, so that the simultaneous oscillating and mixing movements of the stirrer are considered to provide efecfively the uniform cooling characteristics for the quenchant. In comparison with the case of the circulation pump mixing, the investigation using the oscillation mixing method has demonstrated the following two experimental facts:(1) the short vapor blanket stage caused by the quick breakage of the oil vapor blanket and (2) the reduced variation of the quenching distortion.     

Performance of vegetable oils as a cooling medium in comparison to a standard mineral oil

Immersion quenching is the most widely used quenching technique today and is usually one of the last steps in heat treat processing. Improper hardening to incorrect cooling is generally a great loss and causes a great percentage of manufacturing costs. To avoid a failure in cooling, researchers are committed to describing the cooling effect as precisely as possible. The cooling of immersion cooled workpieces or probes is generally characterized by the process of wetting. Evaporable fluids exhibit the three well known stages of cooling: vapor blanket stage, boiling stage, and convective heat transfer. Therefore cooling behavior is influenced by a wide variety and depends on a number of parameters, that is, type of quenchant used, bath temperature, rate of agitation, and the physical and chemical properties of the quenched parts. Environmental pollution has caused the search for new products in har dening and shock cooling of steels. The use of soybean oils as quenching fluids is new, and compared with standard mineral oils, there are many advantages mainly concerning the environment and the health of workers.     

薄钢板气体射流控冷结构数值模拟与试验验证

对3种用于薄钢板冷却的气体射流控冷结构进行了数值模拟分析,通过比较气体射流控冷结构内风速流场和钢板温度场,确定单均风板气体射流控冷结构可满足薄钢板淬火要求,且冷却均匀性较好,并进行了试验验证。结果表明:与无均风板相比,设置一个或两个均风板时,工件近壁面风速流场与温度场均匀性得到提高,利用单均风板气体射流控冷结构对钢板进行风冷时,在20 s时工件上存在的最大温度差约为63.8 ℃。在20 s内钢板平均温度从920 ℃冷却至Ms点(412 ℃)以下,最低冷速约为27.2 ℃/s,大于马氏体转变临界冷却速度27 ℃/s,表明单均风板气体射流控冷结构可用于薄钢板气体射流淬火工艺。     

油污掺杂对PAG水基淬火液冷却特性的影响

为了探究油污对水基型淬火液冷却性能的影响,测试了不同油浓度下淬火液的冷却速率曲线、硬化能力等,通过分析淬火的具体过程和特性值函数,探讨了油污的掺杂影响淬火液冷却性能的机制。结果表明:当淬火液中油污含量大于0.3%时,淬火液的冷却性能明显变差,具体表现为沸腾阶段延后且高温阶段冷却速率明显下降,淬火液的硬化能力也随之降低;但油污的含量对工件的畸变影响较小。     

真空高压气淬炉流场和温度场的数值模拟

建立了高压气淬过程的数值模型,对不同工艺参数下真空高压气淬炉内气体流场和工件温度场进行模拟和预测,得到淬火过程中工件的温度变化和特征点的冷却曲线。根据不同的工件形状和材料以及淬火气体压力进行计算,据此分析了工艺参数对工件冷却过程的影响。