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淬火油的冷却原理及淬火油常见问题汇总

时间:2013-05-08 10:03来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:

      淬火油是将金属材料加热到相变温度以上,保温一段时间后迅速地投入到介质中冷却,得到马氏体组织,这种操作过程称为淬火。
一、钢在介质中冷却是以3种不同的方式进行热量传递的。
      1、第一阶段即蒸气膜阶段,这个阶段的冷却速度很低。随着冷却时间的延长,零件温度不断下降,蒸气膜稳定性也逐渐降低,最后因蒸气膜破裂而进入第2阶段。
      2、第二阶段为沸腾阶段。当蒸气膜破裂并消失以后,使淬火介质直接与零件表面接触,淬火介质就从零件上吸取大量的热量。阻碍着淬火介质的流动,吸收了热量的介质不断逸出大量的气泡,而新的介质继续在零件周围激烈沸腾,形成沸腾阶段。这时冷却速度最大。随着零件温度不断下降,沸腾现象渐趋消失。当零件温度低于淬火介质的沸点时,沸腾现象立即消失,便转入第3阶段。
      3、第三阶段为对流传热阶段。零件经过沸腾阶段,周围淬火介质的温度与零件温度接近,而远离零件处的介质温度较低。由于零件周围的淬火介质与其他地方的介质温度不同,使淬火介质产生对流现象。对流传热阶段的冷却速度较慢。
二、淬火油特性温度、特性时间、对流起始温度指的是什么?是怎样确定的?
      淬火油特性温度是指蒸气膜破裂即沸腾阶段开始的温度相对应的时间为特性时间,是根据冷却过程曲线描绘出来的,即根据冷却曲线上部出现的明显突区,沿突变区作两条切线,切线相交点A为特性点,A点所对应的纵坐标(温度坐标)为特性温度、A点所对应的横坐标(时间坐标)为特性时间。对流起始温度是指沸腾阶段结束,对流起始阶段开始的温度,也是根据冷却过程曲线描绘出来的,即沿冷却曲线下部出现的突变区作两条切线,切线相交点B为另一特性点,B点所对应的纵坐标(温度坐标)即为对流阶段起始温度。这几项指标是评价淬火油很重要的指标。
三、淬火油从800℃冷却到400℃时间的意义是什么?
      钢淬火的目的是为了获得马氏体或下贝氏体组织,从而使零件具有高硬度、高疲劳强度、高耐磨性等,要达到这个目的,就要求淬火介质的冷却速度必须大于临界冷却速度,即要求淬火油特性温度高,800℃冷却到400℃的时间短,以躲过“C”曲线鼻尖区,即奥氏体不稳定区,避免淬火零件向珠光体类型的组织转变,从而获得所需要的马氏体组织或下贝氏体组织。
      淬火油从800℃冷却到400℃时间的长短,直接反映了淬火油在奥氏体不稳定区的冷却能力,它是评价淬火油冷却性能必不可少的重要指标之一。
四、 淬火介质冷却性能的测试方法有哪些?
      目前测试淬火介质冷却性能的方法很多,如热丝法、5秒钟法、热膨胀法、硬度法、GM法(也被称为镍球法和磁性法)、端淬法和探头(热电偶)法等。
      对淬火介质冷却性能的测定方法要求满足下列条件:
①操作简便;②重复性和再现性好;③了解整个冷却变化的过程;④灵敏度高;⑤测定结果便于应用,即所测得的结果和实际淬火之间有着互相关联的关系。所以目前只有探头(电热偶)法已经被各国普遍采用。
五、什么是淬火强烈度(H值)
      淬火强烈度是表示淬火油冷却程度(能力)的方法之一,是由美国Grossman等人在1939年提出的,是对淬火介质冷却能力的定量描述,淬火强烈度又称H值,定义如下
      H=1/2h=1/2•C/K
      式中 h——表面辐射率;
      C——散热系数;
      K——钢的导热系数。
      Grossman H值的单位是1/in,日本H值的单位是1/cm,Grossman的H值是日本H值的2.54倍。
      H值作为冷却性能表示方式,可以方便地判断油对钢的硬化程度,H值大则油的冷却速度快。由于测量场
合、搅拌速度等诸因素的影响,H值变化的范围是很大的。
六、什么是光亮淬火油?
      被加热到一定温度的金属零件通过淬火油冷却以后,仍能保持光亮的表面,这种淬火油称为光亮淬火油。光亮淬火通常是在保护气氛下进得的,必须保证金属零件在加热淬火过程中不氧化、不脱碳、不污染。一般是在吸热式或放热式气氛下或惰性气氛下淬火。
      光亮淬火油中必须加有光亮添加剂,才能保证金属在油中冷却时不污染。
      光亮淬火油对水分要求十分严格,水分存在直接影响零件淬火效果,要求水分含量不能超过100×10-6,大于此值时,直接影响金属零件表面状态。一般采用光亮淬火油淬火时,预先要进行脱微量水工
作。
七、光亮剂的作用是什么?
      光亮剂通常具有良好的清净及分散作用,能把氧化后不溶解产物及碳黑悬浮起来,防止在工件表面附着和沉积,咪唑啉油酸盐、萜烯化合物、脂肪酸铵盐及多元酸酯类等均是良好的光亮剂,它们具有良好的溶解和置换作用,当油中生成老化产物时,极性基通过物理吸附和化学置换作用,清除金属零件表面的污染物,达到淬火的目的。
八、什么叫真空淬火油?
      用于真空淬火工艺中作为冷却介质的淬火油称为真空淬火油。真空淬火是指金属零件在真空状态下〔(10~70)×(10-2~10-3)Pa〕加热并在此状态下进行淬火,也就是说整个加热淬火过程是在很低
的气压下进行的。
      作为真空淬火油必须具备较低的极限压强和较少的蒸发损失以及良好的热稳定性。这就要求基础油的精制深度深,馏分要窄,必须经过真空脱气,否则满足不了使用要求。因为是在一定的真空度下加热淬火,油品的物理性能发生了变化,如沸点、导热率等,使油品的冷却性能变差,所以要求真空淬火油具有良好的冷却能力,即保证在高真空度下淬火,又能使零件有一定的淬硬淬透性。
      通常在真空淬火油中都加有油溶性高分子聚合物和其他一些无灰型高分子聚合体作为催冷剂(或冷却性能改进剂),使真空淬火油的临界冷却速度能在较高真空度下实现。
      因为零件是在很高真空度下进行加热淬火,此状态保证了金属零件在加热过程中不能被氧化。由于要求真空淬火后的零件表面光亮,所以在真空淬火油中必须加有光亮添加剂。
九、什么叫快速(高速)淬火油?                                                                   
    快速(高速)淬火油指冷却速度比较快的淬火油,主要处理大尺寸及淬透性差的钢材。一般是按介质的冷却能力来区分。淬火油的特性温度在580~640℃之间,特性时间低于4s,800℃冷却到400℃的时间在4~5s的统称为快速淬火油或高速淬火油。有些国家如美国、日本把淬火强烈度(H值)大于0.13㎝-1油称为快速淬火油或高速淬火油,0.1~0.13㎝-1为中速淬火油,小于     0.1㎝-1的为普通淬火油。
十、什么叫等温淬火油和分级淬火油?
      等温淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。等温淬火是先把淬火介质加热到要求的等温温度,然后把需要淬火的零件加热后置于该介质中,停留一段较长的时间,使下贝氏体组织的转变全部在这个等温过程中完成,该工艺过程称之为等温淬火,所用冷却介质称为等温淬火油。
      分级淬火的目的是为了获得马氏体。分级淬火是将加热后的零件首先放到稍高于马氏体转变温度的介质中冷却,稍加停留,使工件内外层温度一致,并在奥氏体开始发生分解之前迅速转移到油中或其他介质中,冷却至室温,使奥氏体转变为马氏体组织,该工艺过程称为分级淬火,所用冷却介质称为分级淬火油。
      这两种油的使用温度在120~200℃,都属于热浴淬火油,要求油品的热氧化安定性好,闪点高,挥发性小,并且有一定的冷却能力。
十一、什么叫双液淬火剂?
      对于形状复杂的碳钢件,为了防止在低温范围内马氏体转变时产生裂纹,先在冷却能力强的淬火剂(如水)中冷却,躲过奥氏体最不稳定的温度区间,待冷却到300℃左右,立即转移到油中或其他介质中继续冷却,得到马氏体组织,这种工艺叫做双液淬火,所用淬火剂称为双液淬火剂。
      一般热处理工厂根据钢材的性能、热处理工艺要求,选择合适的冷却介质作为双液淬火剂。双液淬火是先水(盐水、聚合物水溶液等)后油。
十二、什么叫多级(通用)淬火油?
      多级(通用)淬火油是指在万能淬火炉、多用淬火炉、通用淬火炉作为淬火冷却介质的油品,它能对多种钢材进行淬火,既适用于淬透性好的材料,又适用于淬透性差的和易变形材料淬火,这种淬火油称为多级(通用)淬火油。它在低温使用时(40~80℃)具有很快的冷却速度,其性能相当于快速淬火油,在高温使用时(120~200℃)具有良好的热氧化安定性和一定的冷却能力,具有零件淬火后变形小的特点,是淬火介质的发展方向。
十三、什么叫回火油?
      将淬火后的钢在介质中加热到某个温度,保温一定时间后在介质中冷却,这种工艺过程称为回火,以油为介质称为回火油。
      回火是钢淬火后必须进行的一道工序,其目的是减少或消除钢在淬火时所造成的内应力,降低钢的淬火脆性,获得较好的韧性和强度。回火油要求热氧化安定性能好,闪点高,传热性能好,使用寿命长。根据使用温度分为不同的牌号。
十四、淬火油中混入水分应如何处理?
      淬火油中混入水分会影响产品质量,要及时查找原因进行处理。通常水大多是因淬火油槽中冷却系统漏水,或者周围用水不当进入到油中的。应将含水的热处理油从油槽中抽出送入到沉降罐或其他分水设备中进行脱水。然后用板框过滤机进行过滤,使油中的含水量小于0.05%以下。当将含水的油品全部从油槽抽出后,对油槽应进行全面清理,清除油槽底部的残水和其他渣物。同时检查冷却系统是否有漏水现象,及时修复或更换冷却系统,避免水分再进入油中。如果不是冷却系统漏水,而油中进入少量水时,可以将淬火油槽温度升高到95~100℃,开动搅拌系统使水分全部脱出,同时加强淬火油槽其他部位用水的管理。
      在油槽中安装微量水探头报警器可随时监测油槽中水分的含量,避免因水分的混入而造成大量的废品。
十五、油品使用时间长有沉淀怎样处理?
      油品长期使用后会发生老化现象,生成胶质、沥青质等形成油泥沉淀在油槽中。
      对油品中沉淀的处理方法有自然沉降、过滤、精制等方法,视油品老化程度而用用适宜的方法。
十六、油品使用中冷却性能下降如何处理?
      油品在长期使用就冷却性能是有变化的。原因是一部分添加剂被消耗掉和部分高分子聚合物裂解使冷却性能变坏。另一个原因是因油品的老化,粘度增加,油泥增多使冷却能力下降。冷却性能变坏的主要特征是特性温度降低,

对流阶段冷却速度变快,零件淬火后达不到所要求的硬度、淬透层深度和金相组织。当明显出现上述情况时,应及时对淬火油进行处理。处理的方法是
①根据冷却性能变化情况,补加一定量的催冷剂,改善油品的冷却特性;
②用过滤的方法除掉氧化产物,根据冷却性能的变化来确定是否需要补加催冷剂。如果特性温度下降50℃以上,800℃冷却到400℃、300℃的时间缩短3s以上时此油不能再用,必须更换新油。
十七、真空淬火油饱和蒸气压达不到要求时对淬火过程有何影响?
      真空热处理是指零件加热和淬火整个过程都在一定的真空度下进行,一般主加热室真空度在4×10-4kPa,淬火油抽真空度在6.7×10-3kPa。如果真空淬火油的饱和蒸气压达不到规定的技术指标要求,就增加了整个真空机组的负荷,大量的轻组分进入到各级泵中,严重地破坏了机组的真空度,增加了零件的磨损,使整个真空淬火工艺过程无法正常工作。所以要求真空淬火油的饱和蒸气压和极限真空度必须达到所规定的指标要求,比实际使用条件下的真空度至少高出1~2个数量级。
十八、淬火后零件表面光亮度不好的原因是什么?
      影响零件表面光亮度的因素很多,首先是保护气氛的影响。目前生产上应用最多的是吸热式和放热式保护气氛,而气氛中含有H2O、S、O2及碳黑等都直接影响淬火零件的表面光亮度,使淬火零件表面变为蓝褐色。零件在淬火前的清洗情况也影响淬火后零件的表面光亮度,如清洗不干净,表面有油污加热后在零件表面上形成黑斑。淬火油的品质对淬火后零件光亮性影响很大。新的光亮淬火油淬火后零件表面光亮,老化以后的淬火油光亮度明显减退。
十九、如何计算淬火油用量?
      用油的简单计算方法如下例:
      淬火温度:800℃
      室温(和最初的油温相同):20℃
      淬火前的油温:20℃
      淬火后的油温:70℃
      一次淬入的质量:20㎏
      钢件的热量为:
      20㎏×(800℃-20℃)×0.67kJ/(㎏•℃)=10452kJ
      油的温度上升为: 70℃-20℃=50℃
      1㎏油温度上升50℃所需的热量为〔油的平均比热容为1.80Kj/(㎏•℃)〕:
                               1.80×50=90kJ/㎏
      所需冷却油量为:10452÷90=116.0㎏
二十、如何确定淬火油的换油标准?
淬火油的更换是以淬火油使用的老化程度为根据的,而不是单看使用了多少时间。淬火油老化程度主要取决于基础油性质、添加剂的性质及现场使用条件(包括发生事故)
在日本,各个厂家都有自己的换油标准。例如,出光兴产生产的“冷浴淬火油”换油标准为:
①冷却曲线(JIS K2242)H值变大于0.02㎝-1(大致从800℃冷却到300℃的时间增
加约2s)。
②特性温度下降超过50℃
③溶剂不溶解部分超过0.5%(重量)
④水分超过0.1% (体积)
⑤粘度上升超过15%
⑥残炭上升0.5% (重量)
⑦光亮度过度恶化
淬火油达到其中一项,就应考虑换油。