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。     

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.     

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.     

吊重法测蒸汽膜厚度(一)

经过分析对比,提出了用蒸汽膜对试样的上浮力计算蒸汽膜厚度的蒸汽膜厚度测量法.确定了适合的试样.选用电子吊秤测量吊重.以匀速冷却液和60SN基础油作为冷却介质.试验中用两部摄像机分别记录了试样表面状况和吊重变化.用试验结果计算出试样温度在600℃附近时,在匀速冷却液中蒸汽膜厚度为0.2 mm,而在60SN基础油中蒸汽膜厚度为0.1 mm.试验结果验证了蒸汽膜随试样温度降低而减薄的变化规律.确定了蒸汽膜厚度,诱导锥的最低高度和隔离堤的最大缝隙也就确定了下来.用测算出的蒸汽膜厚度值解释了淬火介质的冷却特性曲线上油性介质在蒸汽膜阶段的冷却速度比水生介质的约大一倍的原因.     

淬火介质的搅拌

1.搅拌的作用搅拌对淬火工件的散热情况有极端重要的影响。研究表明,搅拌可使淬火冷却第一阶段的蒸汽膜在更高的温度破裂,而提早进入沸腾冷却阶段;在沸腾冷却阶段,搅拌使工件表面     

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。     

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。     

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.     

淬火介质(二)

正淬火介质又称淬火剂,淬火介质有固态的(靠热传导)、液态的或气态的,主要是液态的。可分为无物态变化型和有物态变化型两大类:前者多半用于分级淬火和等温淬火,主要靠介质的传导和对流带走工件的热量,冷却能力决定于介质本身的热容,热导、流动性等物理性质,以及工件与介质间的温差。常用的有碱浴、硝盐浴和铅浴。后者按成份又可分为水基型和油基型;按冷却特性可分为非形成薄膜型,淬火过程中工件表面不产生沉积层,和形成薄膜型,淬火时在工件表面迅速形成一层覆膜,冷却     

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.     

超前扩展点的诱导

用人为的方法,在表面温度高于T1时产生超前扩展点的做法叫做超前扩展点的诱导.用液态介质中冷却的四阶段理论分析指出:通过诱导产生超前扩展点可以克服自然超前扩展点的随机性,可以提高工件获得的冷却速度,还可以减小工件上的冷却速度差异.提出了两种诱导超前扩展点的方法:诱导锥法和冲液法.用实际的诱导试验演示了这两种方法的诱导效果.超前扩展点的诱导将成为精细淬火冷却技术中的一项基本方法.     

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。     

双液淬火对9Cr2Mo钢辊皮组织与硬度的影响

探讨了双液淬火冷却工艺对9Cr2Mo钢辊皮表面组织、硬度的影响,得到了最佳双液淬火冷却工艺。结果表明,单液水冷淬火后表面组织为粗大的回火马氏体,水油双液淬火后回火马氏体晶粒明显细化,并且形成了少量的贝氏体和残留奥氏体。双液淬火处理后,辊皮外表面硬度分布为中部硬度高,边部硬度低,使辊皮的使用寿命得到了明显提高。ø750 mm的9Cr2Mo钢辊皮水油双液淬火最佳冷却工艺为入水前炉外预冷时间300 s,水冷-油冷之间预冷时间控制在60~180 s。     

热管空冷器在淬火介质控温过程中的应用

针对连续淬火介质在工作中存在的冷却问题，提出由空气冷却代替水冷系统，研制出的热管空冷器可以精确控制连续淬火介质温度，保证热处理工件的金相组织和力学性能，在实际应用中取得较大成效。     

表面淬火工艺对大型轴承套圈用42CrMo钢淬硬层的影响

对42CrMo中碳轴承钢进行不同温度中频感应加热及淬火介质的表面淬火处理,并使用洛氏硬度计、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对淬火试样不同区域组织及硬度进行测试分析。结果表明,经表面淬火处理后,按硬度由大到小试样可分为淬硬区、过渡区及基体3个区域,随着表面淬火加热温度的升高,表面淬硬层的深度增加,并且相对于水淬,油淬的淬硬层深度显著减少。组织分析表明,水淬淬硬区组织均为马氏体,而油淬工艺由于冷速较慢,淬硬层组织为马氏体+铁素体组织,不同表面淬火工艺条件下过渡区组织均为马氏体+回火索氏体,基体为原始调质态的回火索氏体。淬硬区、过渡区及基体的组织差异导致不同区域的硬度差异。实际应用中应根据所需淬硬层深度选择合适的水淬加热温度。