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。     

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.     

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.     

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.     

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(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。     

蒸汽膜内气体的流动规律(一)

为解释试验中出现的几个现象,研究了淬火冷却过程中蒸汽膜内气体的流动规律.结果发现,蒸汽膜内气体的流动情况因蒸汽膜所处表面的朝向不同而各不相同.确定了五类基本朝向,研究推测了这些基本朝向的蒸汽膜内气体流动规律.从工件上形成了蒸汽膜开始,到最后一片蒸汽膜消失为止,这些规律一直在试样不同朝向表面之间和各个表面之内形成并且不断增加温度差异.这项规律与先前提出的四阶段理论是相互独立的.它们可能是引起工件超差淬火变形的重要原因.     

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。     

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。