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        • 技術文章

          退火、正火、淬火、回火工藝

          2014-05-01 14:56:33  來源:華德公司
              金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度,并在此溫度中保持一定時間后,又以不同速度冷卻的一種工藝方法。
              金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,與其它加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,而是通過改變工件內部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量,而這一般不是肉眼所能看到的。
              為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用*廣的材料,鋼鐵顯微組織復雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外,鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能,以獲得不同的使用性能。
              在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中,熱處理的作用逐漸為人們所認識。早在公元前770~前222年,中國人在生產實踐中就已發現,銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農具的重要工藝。
              公元前六世紀,鋼鐵兵器逐漸被采用,為了提高鋼的硬度,淬火工藝遂得到迅速發展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟,其顯微組織中都有馬氏體存在,說明是經過淬火的。
              隨著淬火技術的發展,人們逐漸發現冷劑對淬火質量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀,相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質的冷卻能力了,同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206~公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.150.4%,而表面含碳量卻達0.6%以上,說明已應用了滲碳工藝。但當時作為個人手藝的秘密,不肯外傳,因而發展很慢。
              1863年,英國金相學家和地質學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織,證明了鋼在加熱和冷卻時,內部會發生組織改變,鋼中高溫時的相在急冷時轉變為一種較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構理論,以及英國人奧斯汀*早制定的鐵碳相圖,為現代熱處理工藝初步奠定了理論基礎。與此同時,人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法,以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。
              18501880年,對于應用各種氣體(如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利。18891890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。
              二十世紀以來,金屬物理的發展和其它新技術的移植應用,使金屬熱處理工藝得到更大發展。一個顯著的進展是19011925年,在工業生產中應用轉筒爐進行氣體滲碳 ;30年代出現露點電位差計,使爐內氣氛的碳勢達到可控,以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內氣氛碳勢的方法;60年代,熱處理技術運用了等離子場的作用,發展了離子滲氮、滲碳工藝;激光、電子束技術的應用,又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。

          金屬熱處理的工藝
              熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷。
              加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多,*早是采用木炭和煤作為熱源,進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制,且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過熔融的鹽或金屬,以至浮動粒子進行間接加熱。
              金屬加熱時,工件暴露在空氣中,常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。
              加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一,選擇和控制加熱溫度 ,是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得需要的組織。另外轉變需要一定的時間,因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時間,使內外溫度一致,使顯微組織轉變完全,這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時,加熱速度極快,一般就沒有保溫時間或保溫時間很短,而化學熱處理的保溫時間往往較長。
              冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度*慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
              金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業上應用*廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也*為復雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。
              整體熱處理是對工件整體加熱,然后以適當的速度冷卻,以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
              退火將工件加熱到適當溫度,根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間,然后進行緩慢冷卻(冷卻速度*慢),目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態,獲得良好的工藝性能和使用性能,或者為進一步淬火作組織準備。
          正火將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻,正火的效果同退火相似,只是得到的組織更細,常用于改善材料的切削性能,也有時用于對一些要求不高的零件作為*終熱處理。
              淬火將工件加熱保溫后,在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬,但同時變脆。為了降低鋼件的脆性,將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710的某一適當溫度進行長時間的保溫,再進行冷卻,這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的四把火,其中的淬火與回火關系密切,常常配合使用,缺一不可。
              “四把火隨著加熱溫度和冷卻方式的不同,又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強度和韌性,把淬火和高溫回火結合起來的工藝,稱為調質。某些合金淬火形成過飽和固溶體后,將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間,以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行,使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理;在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理,它不僅能使工件不氧化,不脫碳,保持處理后工件表面光潔,提高工件的性能,還可以通入滲劑進行化學熱處理。
              表面熱處理是只加熱工件表層,以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部,使用的熱源須具有高的能量密度,即在單位面積的工件上給予較大的熱能,使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法,有激光熱處理、火焰淬火和感應加熱熱處理,常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。

              化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝;瘜W熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分;瘜W熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱,保溫較長時間,從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后,有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火;瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復合滲等。
              熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說,它可以保證和提高工件的各種性能 ,如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態,以利于進行各種冷、熱加工。
          例如白口鑄鐵經過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵,提高塑性 ;齒輪采用正確的熱處理工藝,使用壽命可以比不經熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高;另外,價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能,可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼;工模具則幾乎全部需要經過熱處理方可使用。

          鋼的分類
              鋼是以鐵、碳為主要成分的合金,它的含碳量一般小于2.11% 。鋼是經濟建設中極為重要的金屬材料。鋼按化學成分分為碳素鋼(簡稱碳鋼)與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金,除鐵、碳為其主要成分外,還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質。碳鋼具有一定的機械性能,又有良好的工藝性能,且價格低廉。因此,碳鋼獲得了廣泛的應用。但隨著現代工業與科學技術的迅速發展,碳鋼的性能已不能完全滿足需要,于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎上,有目的地加入某些元素(稱為合金元素)而得到的多元合金。與碳鋼比,合金鋼的性能有顯著的提高,故應用日益廣泛。
              由于鋼材品種繁多,為了便于生產、保管、選用與研究,必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學成分、質量的不同,可將鋼分為許多類:
          (一). 按用途分類
          按鋼材的用途可分為結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。
          1.結構鋼:
          1.用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。
          2).用作工程結構的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。
          2.工具鋼:用來制造各種工具的鋼。根據工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。
          3.特殊性能鋼:是具有特殊物理化學性能的鋼?煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。
          (二). 按化學成分分類
          按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。
          碳素鋼:按含碳量又可分為低碳鋼(含碳量≤0.25%);中碳鋼(0.25%<含碳量<0.6%);高碳鋼(含碳量≥0.6%)。
          合金鋼:按合金元素含量又可分為低合金鋼(合金元素總含量≤5%);中合金鋼(合金元素總含量=5%--10%);高合金鋼(合金元素總含量>10%)。此外,根據鋼中所含主要合金元素種類不同,也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。
          (三). 按質量分類
          按鋼材中有害雜質磷、硫的含量可分為普通鋼(含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%;或磷、硫含量均≤0.050%);優質鋼(磷、硫含量含硫量≤0.030%)。
          此外,還有按冶煉爐的種類,將鋼分為平爐鋼(酸性平爐、堿性平爐),空氣轉爐鋼(酸性轉爐、堿性轉爐、氧氣頂吹轉爐鋼)與電爐鋼。按冶煉時脫氧程度,將鋼分為沸騰鋼(脫氧不完全),鎮靜鋼(脫氧比較完全)及半鎮靜鋼。
          鋼廠在給鋼的產品命名時,往往將用途、成分、質量這三種分類方法結合起來。如將鋼稱為普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高級優質碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等。均≤0.040%);高級優質鋼(含磷量≤0.035%、


          金屬材料的機械性能
          金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中,金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞,決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同,要求的工藝性能也就不同,如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下,金屬材料表現出來的性能,它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞,決定了它的使用范圍與使用壽命。
          在機械制造業中,一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質中使用的,且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能,稱為機械性能(或稱為力學性能)。金屬材料的機械性能是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同(例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等),對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括:強度、塑性、硬度、韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。下面將分別討論各種機械性能。
          1 強度
          強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞(過量塑性變形或斷裂)的性能。由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式,所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯系,使用中一般較多以抗拉強度作為*基本的強度指標。
          2 塑性
          塑性是指金屬材料在載荷作用下,產生塑性變形(永久變形)而不破壞的能力。
          3 硬度
          硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標。目前生產中測定硬度方法*常用的是壓入硬度法,它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面,根據被壓入程度來測定其硬度值。
          常用的方法有布氏硬度(HB、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和維氏硬度(HV)等方法。
          4 疲勞
          前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標。實際上,許多機器零件都是在循環載荷下工作的,在這種條件下零件會產生疲勞。
          5 沖擊韌性
          以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷,金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。
          退火--淬火--回火
          ().退火的種類
          1 完全退火和等溫退火
          完全退火又稱重結晶退火,一般簡稱為退火,這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄,鍛件及熱軋型材,有時也用于焊接結構。一般常作為一些不重要工件的*終熱處理,或作為某些工件的預先熱處理。
          2 球化退火
          球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼(如制造刃具,量具,模具所用的鋼種)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并為以后淬火作好準備。
          3 去應力退火
          去應力退火又稱低溫退火(或高溫回火),這種退火主要用來消除鑄件,鍛件,焊接件,熱軋件,冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除,將會引起鋼件在一定時間以后,或在隨后的切削加工過程中產生變形或裂紋。
          ().淬火
          為了提高硬度采取的方法,主要形式是通過加熱、保溫、速冷。*常用的冷卻介質是鹽水,水和油。鹽水淬火的工件,容易得到高的硬度和光潔的表面,不容易產生淬不硬的軟點,但卻易使工件變形嚴重,甚至發生開裂。而用油作淬火介質只適用于過冷奧氏體的穩定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。
          ().回火
          1 降低脆性,消除或減少內應力,鋼件淬火后存在很大內應力和脆性,如不及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂。
          2 獲得工件所要求的機械性能,工件經淬火后硬度高而脆性大,為了滿足各種工件的不同性能的要求,可以通過適當回火的配合來調整硬度,減小脆性,得到所需要的韌性,塑性。
          3 穩定工件尺寸
          4 對于退火難以軟化的某些合金鋼,在淬火(或正火)后常采用高溫回火,使鋼中碳化物適當聚集,將硬度降低,以利切削加工。


          常用爐型的選擇
          爐型應依據不同的工藝要求及工件的類型來決定
          1.對于不能成批定型生產的,工件大小不相等的,種類較多的,要求工藝上具有通用性、
          多用性的,可選用箱式爐。
          2.加熱長軸類及長的絲桿,管子等工件時,可選用深井式電爐。
          3.小批量的滲碳零件,可選用井式氣體滲碳爐。
          4.對于大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產可選連續式滲碳生產線或箱式多用爐。
          5.對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產時,*好選用滾動爐,輥底爐。
          6.對成批的定型零件,生產上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐(推桿爐或鑄帶爐)
          7.小型機械零件如:螺釘,螺母等可選用振底式爐或網帶式爐。
          8.鋼球及滾柱熱處理可選用內螺旋的回轉管爐。
          9.有色金屬錠坯在大批量生產時可用推桿式爐,而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環加熱爐。
           
          七、表面處理資料
          1)鋼結構的防火處理
          鋼材是一種不會燃燒的建筑材料,它具有抗震、抗彎等特性。在實際應用中,鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力,也可以滿足建筑設計美感造型的需要,還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷,因此鋼材受到了建筑行業的青睞,單層、多層、摩天大樓,廠房、庫房、候車室、候機廳等采用鋼材都很普遍。但是,鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷,它的機械性能,如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。   
              鋼結構通常在450650溫度中就會失去承載能力,發生很大的形變,導致鋼柱、鋼梁彎曲,結果因過大的形變而不能繼續使用,一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右。這一時間的長短還與構件吸熱的速度有關。   
            要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足,必須進行防火處理,其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍。防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落,其措施是多種多樣的,關鍵是要根據不同情況采取不同方法,如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結構,降低熱量傳遞的速度推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。但無論采取何種方法,其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結構的防火保護措施。   

            一、外包層。就是在鋼結構外表添加外包層,可以現澆成型,也可以采用噴涂法,F澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強,以限制收縮裂縫,并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層,砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿,也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板,采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。   
            二、充水(水套)?招男弯摻Y構內充水是抵御火災*有效的防護措施。這種方法能使鋼結構在火災中保持較低的溫度,水在鋼結構內循環,吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經冷卻后可以進行再循環,或由管道引入涼水來取代受熱的水。   
            三、屏蔽。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內,或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里,只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種*為經濟的防火方法。         
                
          四、膨脹材料。采用鋼結構防火涂料保護構件,這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等優點,一般不需要添加輔助設施,且涂層質量輕,還有一定的美觀裝飾作用,屬于現代的先進防火技術措施。   
            目前,高層鋼結構建筑日趨增多,尤其是一些超高層建筑,采用鋼結構材料更為廣泛。高層建筑一旦發生火災事故,火不是在短時間內就能撲滅的,這就要求我們在建筑設計時,加大對建筑材料的防火保護,以增強其耐火極限,并在建筑內部制訂必要的應急方案,以減少人員傷亡和財產損失。
          2)常用火焰噴涂塑料材料及性能
          塑料種類很多,根據塑料受熱的性能,可分為熱塑性塑料及熱固性塑料兩大類;鹧鎳娡坑盟芰戏勰┮话阌伤芰显霞由细男圆牧现瞥,這些改性材料,包括各種填料、顏料、流平劑、增韌劑等。通過改性,使塑料粉末容易進行火焰噴涂。使制成的涂層具有所要求的顏色和各種性能。
          熱塑性塑料的特點是可隨溫度上升而變軟或熔化,冷卻后則凝固成型變硬,這個過程為可逆過程可反復進行多次,通常熱塑性塑料,具有優良的抗化學性、韌性和彎曲性能,火焰噴涂常用的熱塑性塑料主要有聚乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA,其中以聚乙烯、尼龍應用*多*廣。
          熱固性塑料的特點是用某些較低聚合度的予聚體樹脂,在一定溫度下或加入固化劑條件下,固化成不能再次熔化或熔融的,質地堅硬的*終產物,溫度再升高,產品只能分解,不能再軟化。熱固性塑料分子量較低,所以具有較好的流平性、潤濕性;因而能很好地粘附在工件表面,并具有較好的裝飾性能。火焰噴涂常用的熱固性塑料粉末有環氧、環氧/聚酯及聚酯粉末等。
          1、聚乙烯(PE
          聚乙烯為白色透明物質,外觀似石蠟,可著色,可彎曲,稍具延伸性。
          聚乙烯是乙烯的高分子聚合物,因生產方法不同,產品分為高密度 HDPE(低壓0.9411~0.965)。中密度MDPE(中壓0.926~0.940)低密度LDPE(高壓 0.910~0.025)。三者性質相似,但高密度聚乙烯在無負載和短期內耐溫較高些(HDPE為100℃,LDPE為 75℃),高密度聚乙烯*高使用溫度為70℃,低密度聚乙烯為60℃,聚乙烯*低使用溫度為-70℃。
          通常,聚乙烯隨密度增加,抗張強度、硬度、耐熱性均增高。
          聚乙烯有優良的耐蝕性,對非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸)、稀硝酸、堿、油(冷)和鹽溶液都有良好的耐蝕性,能耐極性有機物(醇、酮)、水。在室溫下耐一般溶劑,但在 60℃以上溶于芳烴、氯化溶劑及熔蠟中,有些溶劑能使其溶脹。

          聚乙烯不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強氧化劑的腐蝕。
          聚乙烯粉末涂層的物理化學性能如表 1。
          表1聚乙烯粉末涂層的物理化學性能

          注:試驗采用 1.5m鋼板,涂后在30~35℃條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d和100d后測試。
          聚乙烯粉末涂層與其它涂層性能比較見表 2
          表2聚乙烯等其它品種粉末涂層的性能比較

          2、尼龍(聚酰胺)

          尼龍是一種應用很廣的熱塑性塑料,*高應用溫度為 80~120℃,*低使用溫度為-50~-60℃。
          尼龍具有良好的耐蝕性,十分耐堿和大多數鹽水、稀酸。但不耐強酸和氧化性酸的腐蝕。對烴、酮、酯、油類抗蝕能力良好,不耐酚和甲酸的腐蝕。
          尼龍強度高,堅韌、耐磨損,有潤滑作用,所以常用作耐磨涂層,如:印刷機械中的鋼制墨輥、車床導軌、潤滑涂層如軸承等。
          尼龍對生物侵蝕是惰性的,無毒,受細菌作用,可作食品和牛奶等容器表面涂層。
          火焰噴涂常用的尼龍粉末有尼龍 11、尼龍12、尼龍1010及一些二元、三元共聚尼龍,尼龍層與金屬附著力好

          續表 4 尼龍11涂層的耐化學品性能
          3、聚丙烯
          聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物,外觀似聚乙烯但比聚乙烯更輕更透明。聚丙烯密度低(0.90)耐蝕性和聚乙烯相似,且較低,應用溫度范圍為-14~+120℃。除濃硝酸,發煙硫酸、氯磺酸等強氧化性酸外,能耐大多數的有機和無機酸、堿和鹽,對應力腐蝕破裂的抗蝕性良好。80℃以下能耐有機溶劑,但能被某些強有機溶劑破壞。
          聚丙烯強度高于聚乙烯,軟化點較高(180℃。硬度接近尼龍,剛性好,常溫下耐沖擊性能良好。耐溫性高,在低應力下可長期使用于110~120℃。


          4、聚苯硫醚(PPS
          聚苯硫醚通常指對苯基硫的聚合物。交聯前是一種線型結構,呈熱塑性,是一類具有支鏈、無結晶熔點、高粘度聚合物、交聯后呈熱固性,若予以充分加熱,卻還能軟化到一定程度,因此并非真正熱固性塑料。
          聚苯硫醚密度1.36,熔點288℃,是一種硬而脆、熱穩定性優良的熱塑性塑料,同時它具有優良的電絕緣性和粘結性,適當的強度,應用溫度范圍為-148~+250℃。
          聚苯硫醚的化學惰性及耐高溫性使它成為良好的耐腐蝕涂層。

          聚苯硫醚防腐涂層可耐170℃下的各種溶劑,200℃下的各種酸堿、鹽和化學藥品,但易受鹵素和氧化性介質,如游離氯、溴、硝酸、過氧化氫等腐蝕。聚苯硫醚的熔區寬300~420℃,故有良好的流動性,且無毒、不燃。與金屬的粘接力強,因此是一種良好的耐腐蝕涂層。


          5、氯化聚醚
          氯化聚醚是線型、高結晶度的熱塑性塑料,具有較高的熔點(180℃),優良的耐熱、耐腐蝕性能以及良好的機械性能和電性能?箾_擊強度高,耐磨性和尺寸穩定性優良,吸水性小。應用溫度范圍為-30~+120℃。
          氯化聚醚的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯,可與聚三氟氯乙烯媲美,除強氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸外,能耐各類酸、堿、鹽及大多數有機溶劑的腐蝕,不耐液氯、氟、溴的腐蝕。
          氯化聚醚的導熱系數低于大多數耐腐蝕熱塑性塑料,適宜作絕熱材料。

          6、EVA(乙烯—醋酸乙烯酯共聚物)
          EVA是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物,是一種具有橡皮似彈性的熱塑性塑料。EVA的性能與醋酸乙烯酯(VA)的含量有很大的關系,VA越少,越像低密度聚乙烯,而VA越多越像橡皮。EVA在較廣的溫度范圍(-45~70℃)質堅韌,加入填料能使剛性和硬度提高。填料增多,對其主要性能影響不大,耐紫外光及臭氧。
          EVA熔點低,(80~100℃)密度0.93~0.95。施工方便,化學物理性能良好,耐稀酸、濃堿、不耐濃酸,50℃以上能溶于芳烴及氯化溶劑中。耐候性優于聚乙烯。EVA還有良好的抗霉菌生長的特性,可作食品容器防護涂層。

          7、氟塑料

          氟塑料是各種含氟塑料的總稱,由含氟單體如四氟乙稀,六氟丙烯,三氟氯乙烯,偏氟乙烯,氟乙烯及乙烯等單體通過均聚或共聚反應制得,按數量及用途來說,以聚四氟乙烯(F4)*為重要。其它還有聚三氟氯乙烯(F3),聚全氟代乙丙烯(F46)等。
          氟塑料具有優良的電絕緣性能,摩擦系數極低,與其它物質親和力*小,具有優良的不粘性。尤其是其化學性能優異,熱穩定性能好。如F4,除了金屬鈉、氟元素及其化合物對它有侵蝕作用外,其他諸如強酸、強堿、油脂、去污劑及有機溶劑等化學藥品均對它不起作用,使用溫度范圍為-200~+260℃。為抗蝕性*好的塑料。
          氟塑料本身無毒,但遇熱分解時,則產生劇毒,所以應特別注意。

          8、環氧粉末涂料

          環氧樹脂是環氧基的高分子聚合物的通稱,未固化前它屬于熱塑性樹脂,加入固化劑后能發生一系列交聯反應,形成具有附著力極佳,堅韌度和抗化學性能均好的熱固性樹脂,環氧樹脂能耐一般溶劑,耐稀酸、稀堿、強堿,不耐強氧化劑如硝酸、濃硫酸等的腐蝕,耐水性非常好,*高使用溫度為90~100℃(一般型)、150℃(耐熱型)。
          在熱固性粉末涂料中,環氧粉末涂料是首先應用的一個品種,也是粉末涂料中,銷售量占首位的品種。
          環氧粉末涂料有有光、半光、無光環氧粉末涂料(普通型)和防腐型環氧粉末涂料之分。普通環氧粉末密度1.5~1.8、熔點85~95℃。

          9、環氧/聚酯粉末涂料

          環氧/聚酯粉末是由環氧、聚酯為主要原料的熱固性粉末涂料。它比環氧粉末具有更好的裝飾性、耐候性。
          環氧/聚酯粉末密度1.4~1.8、熔點85℃~95℃。
           
          (3)復合熱處理對CrWMn鋼組織的影響
          內容摘要:摘要:研究了CrWMn鋼經復合熱處理后的組織變化。結果表明,采用790℃/680℃循環球化退火可代替常規等溫球化退火,并能縮短球化退火周期,節約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環球化退火,可獲得高彌散度碳化物,使CrWnMn鋼的*終組織得到改善,強韌性明顯提高。復合熱處理。
          摘 要:研究了CrWMn鋼經復合熱處理后的組織變化。結果表明,采用790℃/680℃循環球化退火可代替常規等溫球化退火,并能縮短球化退火周期,節約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環球化退火,可獲得高彌散度碳化物,使CrWnMn鋼的*終組織得到改善,強韌性明顯提高。
          關鍵詞:CrWMn鋼;復合熱處理;球化退火;顯微組織

          1 前言
          CrWMn鋼可用于制造各種形狀復雜的冷擠壓模和沖裁模,具有較高的淬透性,淬火和低溫回火后具有較高的硬度和耐磨性。但經常規熱處理后此鋼易形成網狀碳化物,在模具的受力部位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當的復合熱處理來改善CrWMn鋼的組織,提高其強度和韌性,以獲得較好的綜合性能。
          2 試驗過程
          試驗用CrWMn鋼為40mm棒材,為淬火+低溫回火態,硬度58HRC。其主要化學成分見表1。
          表1 CrWMn鋼的主要化學成分(質量分數) w(%)
          元素CCrWMnSi 含量0.90~
          1.050.90~
          1.201.20~
          1.600.8~
          1.100.15~
          0.35
          對CrWMn鋼的復合熱處理分為兩個步驟,一是預處理,二是淬火+低溫回火。預處理工藝見圖1。

          圖1 CrWMn鋼預處理工藝
          (a) 常規退火(b) 等溫球化退火
          (c) 循環球化退火(d) 高溫固溶+循環球化退火
          CrWMn鋼經不同工藝預處理后,選擇組織形態、分布較好的試樣,在不同溫度條件下進行淬火+低溫回火的*終熱處理,觀察其組織形態與分布,測定硬度變化。*終熱處理工藝見圖2。

          圖2 CrWMn鋼淬火+回火工藝
          3 試驗結果及分析

          圖3為CrWMn鋼經不同預處理工藝處理后的顯微組織照片,CrWMn鋼經常規退火后的硬度為180~190HB,經圖1所示熱處理工藝處理后為180~200HB。

          圖3 CrWMn鋼預處理后組織
          (a) 常規退火(b)等溫球化退火(c) 循環球化退火(d) 固溶+循環球化退火
          由圖3可看出,經常規退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布;經810℃等溫球化退火處理后,碳化物呈不規則的顆粒狀分布在鐵素體基體上,分布不均勻;經790℃/680℃3次循環球化退火處理后,顆粒狀碳化物尺寸變小,分布較為均勻;經1050℃固溶加790℃/680℃3次循環球化退火處理后,碳化物呈細小顆粒狀析出且彌散程度高。

          從工藝上看,在獲得相同硬度情況下,用790℃/680℃3次循環球化退火,不僅可代替830℃等溫球化退火,而且能改善組織中碳化物的形態和分布、縮短球化退火時間,節約能源。這是因為循環球化退火在Ac1(750℃)以上加熱保溫過程中,片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷,而在Ar1(710℃)以下保溫過程中,在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物,從而加速了CrWMn鋼球化過程的進行,改善了碳化物的形態和分布。在1050℃高溫條件下,CrWMn鋼中大量難溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中,經油淬后得到馬氏體或下貝氏體組織,在隨后進行的790℃/680℃循環球化退火過程中,則會彌散地析出點狀的W、Cr的碳化物。

          因此,對于一般要求的CrWMn鋼,采用790℃/680℃3次循環球化退火工藝,既可滿足組織和硬度的要求,又能提高生產率,降低能耗;而對要求較高的可選用1050℃高溫固溶加790℃/680℃3次循環球化退火的預處理工藝。

          圖4為經1050℃固溶加790℃/680℃3次循環球化退火處理后,經不同溫度油淬低溫回火后的CrWMn鋼的顯微組織。

          圖4 CrWMn鋼不同溫度淬火+低溫回火后組織
          (a) 790℃淬火+200℃回火(b) 830℃淬火+200℃回火(c) 870℃淬火+200℃回火(d) 900℃淬火+200℃回火
          1. 結論

            (1) 對CrWMn鋼采用790℃/680℃ 3次循環球化替代常規退火、等溫球化退火,不僅可以改善其組織狀態和性能,而且還可以提高熱處理生產率,降低能耗。
            (2) 1050℃固溶加790℃/680℃ 3次循環球化退火,可進一步改善CrWMn鋼的組織狀態分布,提高其性能。
            (3) 經1050℃固溶加790℃/680℃ 3次循環球化退火處理后,再經830℃油淬200℃回火處理,CrWMn鋼組織均勻而細小,碳化物彌散程度高,其耐磨性和綜合性能好!

            作者簡介:陳文華(1963—),男,碩士,講師。主要研究方向為金屬表面改性及金屬材料焊接。聯系電話:025-4892912(O)
            作者單位:陳文華(南京航空航天大學,南京210016)

            參考文獻:
            [1]蔣修治譯.模具鋼熱處理[J].模具技術,1994(1).
            [2]蔡 繤等.低溫快速球化處理[J].金屬熱處理,1992(4):8~11.
            [3]滿 波.高碳鋼和軸承鋼的周期球化退火工藝[J].金屬熱處理,1993(6):43~44.
          八、淬火介紹
          (1)鋼的淬火
          淬火時將鋼加熱到Ac3或Ac1以上,保溫一定時間使其奧氏體化,再以大于臨界冷卻速度快速冷卻,從而發生馬氏體轉變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體(或下貝氏體),此外,還有少量殘余奧氏體及未溶的第二相。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。
          1、 淬火加熱溫度
              碳鋼的淬火加熱溫度可利用Fe-Fe3C相圖來選擇。

           對于亞共析碳鋼,適宜的淬火溫度為Ac3+30~50℃,使碳鋼完全奧氏體化,淬火后獲得均勻細小的馬氏體組織。對于過共析碳鋼,適宜的淬火溫度為Ac1+30~50℃。淬火前先進行球化退火,使之得到粒狀珠光體組織,淬火加熱時組織為細小奧氏體晶粒和未溶的細粒狀滲碳體,淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分布在馬氏體基體上的細小粒狀滲碳體組織。對于低合金鋼,淬火加熱溫度也根據臨界點Ac1或Ac3來確定,一般為Ac1或Ac3以上50~100℃。高合金工具鋼中含有較多的強碳化物形成元素,奧氏體晶粒粗化溫度高,故淬火溫度亦高。
          2、淬火加熱時間
            為了使工件各部分完成組織轉變,需要在淬火加熱時保溫一定的時間,通常將工件升溫和保溫所需的時間計算在一起,統稱為加熱時間。
              影響淬火加熱時間的因素較多,如鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸、加熱介質、爐溫、裝爐方式及裝爐量等。
            鋼在淬火加熱過程中,如果操作不當,會產生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。
            過熱是指工件在淬火加熱時,由于溫度過高或時間過長,造成奧氏體晶粒粗大的現象。過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大,使工件的強度和韌性降低,易于產生脆斷,而且容易引起淬火裂紋。對于過熱工件,進行一次細化晶粒的退火或正火,然后再按工藝規程進行淬火,便可以糾正過熱組織。
            過燒是指工件在淬火加熱時,溫度過高,使奧氏體晶界發生氧化或出現局部熔化的現象,過燒的工件無法補救,只得報廢。
          2)鋼的表面淬火
          表面淬火是對工件表層進行淬火的工藝。它是將工件表面進行快速加熱,使其奧氏體化并快速冷卻獲得馬氏體組織,而心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調質狀態的組織。表面淬火后需進行低溫回火,以減少淬火應力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐磨性,達到外硬內韌的效果,并可造成表面層壓應力狀態,提高疲勞強度,延長工件的使用壽命。
          1.感應加熱表面淬火
              感應加熱表面淬火法的原理如圖1-66(a)所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應線圈中,當感應線圈通以交流電時,便會在工件內部感應產生頻率相同、方向相反的感應電流。感應電流在工件內自成回路,故稱為“渦流”。渦流在工件截面上的分布是不均勻的,如圖1-66(b)所示,表面電流密度*大,心部電流密度幾乎為零,這種現象稱為集膚效應。由于鋼本身具有電阻,因而集中于工件表面的渦流,幾秒種可使工件表面溫度升至800~1000℃,而心部溫度仍接近室溫,在隨即噴水(合金鋼浸油)快速冷卻后,就達到了表面淬火的目的。
              感應加熱時,工件截面上感應電流密度的分布與通入感應線圈中的電流頻率有關。電流頻率愈高,感應電流集中的表面層愈薄,淬硬層深度愈小。因此可通過調節通入感應線圈中的電流頻率來獲得工件不同的淬硬層深度,一般零件淬硬層深度為半徑的1/10左右。對于小直徑(10~20mm)的零件,適宜用較深的淬硬層深度,可達半徑的1/5,對于大截面零件可取較淺的淬硬層深度,即小于半徑1/10以下。
          2.火焰加熱表面淬火
              火焰加熱表面淬火法是用乙炔一氧火焰(*高溫度3200℃)或煤氣一氧火焰(*高溫度2000℃),對工件表面進行快速加熱,并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2~6mm。適用于單件小批量生產以及大型零件(如大型軸類、模數齒輪等)的表面淬火;鹧婕訜岜砻娲慊鸬膬烖c是設備簡單,成本低,靈活性大。缺點是加熱溫度不易控制,工件表面易過熱,淬火質量不夠穩定。
          3.激光加熱表面淬火
              激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面,使工件表面快速加熱到鋼的臨界點以上,利用工件基體的熱傳導實現自冷淬火,實現表面相變硬化。
              激光加熱表面淬火加熱速度極度快(105~106℃/s),因此過熱度大,相變驅動力大,奧氏體形核數目劇增,擴散均勻化來不及進行,奧氏體內碳及合金濃度不均勻性增大,奧氏體中碳含量相似的微觀區域變小,隨后的快冷(104℃/s)中不同微觀區域內馬氏體形成溫度有很大差異,產生細小馬氏體組織。由于快速加熱,珠光體組織通過無擴散轉化為奧氏體組織;由于快速冷卻,奧氏體組織通過無擴散轉化為馬氏體組織,同時殘余奧氏體量增加,碳來不及擴散,使過冷奧氏體碳含量增加,馬氏體中碳含量增加,硬度提高。
              激光加熱表面淬火后,工件表層獲得極細小的板條馬氏體和孿晶馬氏體的混合組織,且位錯密度極高,表層硬度比淬火+低溫回火提高20%,即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。
              激光淬火硬化層深度一般為0.3~1mm,硬化層硬度值一致。隨零件正常相對接觸摩擦運動,表面雖然被磨去,但新的相對運動接觸面的硬度值并未下降,耐磨性仍然很好,因而不會發生常規表面淬火層由于接觸磨損,磨損隨之加劇的現象,耐磨性提高了50%,工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。
              激光加熱表面淬火*佳的原始組織是調質組織,淬火后零件變形極小,表面質量很高,特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內壁的熱處理,而這些部位是其它表面淬火方法極難做到的。
          (3)淬火處理的常見問題
          Ms點隨C%的增加而降低,淬火時,過冷奧氏體開始轉變為馬氏體的溫度稱之為Ms點,轉變完成之溫度稱之為Mf點。C%含量愈高,Ms點溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約為350℃左右,而0.8%C碳鋼就降低至約200℃左右。
          淬火液可添加適當的添加劑
          1、水中加入食鹽可使冷卻速率加倍:鹽水淬火之冷卻速率快,且不會有淬裂及淬火不均勻之現象,可稱是*理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。
          2、水中有雜質比純水更適合當淬火液:水中加入固體微粒,有助於工件表面之洗凈作用,破壞蒸氣膜作用,使得冷卻速度增加,可防止淬火斑點的發生。因此淬火處理,不用純水而用混合水之淬火技術是很重要的觀念。
          3、聚合物可與水調配成水溶性淬火液:聚合物淬火液可依加水程度調配出由水到油之冷卻速率之淬火液,甚為方便,且又無火災、污染及其他公害之慮,頗具前瞻性。
          4、干冰加乙醇可用於深冷處理溶液:將干冰加入乙醇中可產生-76℃之均勻溫度,是很實用的低溫冷卻液。
          (4)鋼淬火冷卻介質
          淬火冷卻時,既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織,又要減少變形,防止裂紋產生。因此,冷卻是關系到淬火質量高低的關鍵操作。

          1、理想淬火冷卻速度 
           
          由共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線得知,要得到馬氏體,淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。但是淬火鋼在整個冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。關鍵是在過冷奧氏體*不穩定的C曲線鼻尖附近,即在650~400℃的溫度范圍內要快速冷卻。而從淬火溫度到650℃之間以及400℃以下,特別是300~200℃以下并不希望快冷。因為淬火冷卻中工件截面的內外溫度差會引起熱應力。另外,由于鋼中的比容(單位質量物質的體積)不同,其中馬氏體的比容*大,奧氏體的比容*小,因此,馬氏體的轉變將使工件的體積脹大,如冷卻速度較大,工件截面上的內外溫度差將增大,使馬氏體轉變不能同時進行而造成相變應力。冷卻速度越大,熱應力和相變應力越大,鋼在馬氏體轉變過程中便容易引起變形與裂紋。
          2、常用淬火介質 
          工件淬火冷卻時,要使其得到合理的淬火冷卻速度,必須選擇適當的淬火介質。目前生產中應用的冷卻介質是水和油。當冷卻介質為20℃的自來水,工件溫度在200~300℃時,平均冷卻速度為450℃/s;工件溫度在340℃時,平均冷卻速度為775℃/s;工件溫度在500~650℃時,平均冷卻速度為135℃/s。因此,水的冷卻特性并不理想,在需要快冷的500~650℃溫度范圍內,它的冷卻速度很小,而在200~300℃需要慢冷時,它的冷卻速度反而很大。

            水是應用*早、*廣泛、*經濟的淬火介質,它價廉易得、無毒、不燃燒、物理化學性能穩定、冷卻能力強。通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環水、利用磁場作用等,均可以改善水的冷卻特性,減少變形和開裂,獲得比較理想的淬火效果。但由于這些方法需增加專門設備,且工件淬火后性能不是很穩定,所以沒有能得到廣泛推廣應用。所以說。純水只適合于少數含碳量不高、淬透性低且形狀簡單的鋼件淬火之用。 
          淬火油
            用于淬火的礦物油通常以精制程度較高的中性石蠟基油為基礎油,它具有閃點高、粘度低、油煙少,抗氧化性與熱穩定性較好,使用壽命長等優點,適合于作淬火油使用。淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形狀復雜、要求淬火變形小的工件。淬火油對周圍環境的污染大,淬火時容易引起火災。
          影響淬火油冷卻能力的主要因素是其粘度值,在常溫下低粘度油比高粘度油冷卻能力大,溫度升高,油的流動性增加,冷卻能力有所提高。適當提高淬火油的使用溫度,也能使油的冷卻能力提高。

          熔鹽,熔堿
            這類淬火介質的特點是在冷卻過程中不發生物態變化,工件淬火主要靠對流冷卻,通常在高溫區域冷卻速度快,在低溫區域冷卻速度慢,淬火性能優良,淬透力強,淬火邊形小,基本無裂紋產生,但是對環境污染大,勞動條件差,耗能多,成本高,常用于形狀復雜,截面尺寸變化懸殊的工件和工模具的淬火。熔鹽有氯化鈉,硝酸鹽,亞硝酸鹽等,工件在鹽浴中淬火可以獲得較高的硬度,而變形極小,不易開裂,通常用作等溫淬火或分級淬火。其缺點是熔鹽易老化,對工件有氧化及腐蝕的作用。熔堿有氫氧化鈉,氫氧化鉀等,它具有較大的冷卻能力,工件加熱時若未氧化,淬火后可獲得銀灰色的潔凈表面,也有一定的應用。但熔堿蒸氣具有腐蝕性,對皮膚有刺激作用,使用時要注意通風和采取防護措施。


          新型淬火介質及其應用
           有機聚合物淬火劑
            近年來,新型淬火介質*引人注目的  進展是有機聚合物淬火劑的研究和應用。這類淬火介質是將有機聚合物溶解于水中,并根據需要調整溶液的濃度和溫度,配制成冷卻性能能滿足要求的水溶液,它在高溫階段冷卻速度接近于水,在低溫階段冷卻速度接近于油。其優點是無毒,無煙無臭,無腐蝕,不燃燒,抗老化,使用安全可靠,且冷卻性能好,冷卻速度可以調節,適用范圍廣,工件淬硬均勻,可明顯減少變形和開裂傾向,因此,能提高工件的質量,改善工作環境和勞動條件,給工廠帶來節能、環保、技術和經濟效益。目前有機聚合物淬火劑更在大批量、單一品種的熱處理上用得較多,尤其對于水淬開裂,變形大,油淬不硬的工件,采用有機聚合物淬火劑比淬火油更經濟、高效、節能。從提高工件質量、改善勞動條件、避免火災和節能得角度考慮,有機聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢,是淬火介質的主要發展方向。
            有機聚合物淬火劑的冷卻速度受濃度,使用溫度和攪拌程度3個基本參數的影響。一般來說,濃度越高,冷卻速度越慢;使用溫度越高,冷卻速度越慢;攪拌程度越激烈,冷卻速度越快。攪拌的作用很重要;1使溶液濃度均勻;2加強溶液的導熱能力從而保證淬火后工件硬度高且分布均勻,減少產生淬火軟點和變形,開裂的傾向。通過控制上述這些因素,可以調整有機聚合物淬火劑的冷卻速度,從而達到理想的淬火效果。一般來說,夏季使用的濃度可低些,冬季使用的濃度可高些,而且要有充分的攪拌。有機聚合物淬火劑大多制成含水的溶液,在使用時可根據工件的特點和技術要求,加水稀釋成不同的濃度,便可以得到具有多種淬火烈度的淬火液,以適應不同的淬火需要。 
            不同種類的有機聚合物淬火劑具有顯著不同的冷卻特性和穩定性,能適合不同淬火工藝需要。目前世界上使用*穩定,應用面*廣的有機聚合物淬火劑是聚烷二醇(PAG)類淬火劑。這類淬火劑具有逆溶性,可以配成比鹽水慢而比較接近礦物油的不同淬火烈度的淬火液,其濃度易測易控,可減少工件的變形和開裂,避免淬火軟點的產生,使用壽命長,適合于各類感應加熱淬火和整體淬火。
          (5)如何從淬火冷卻特性選擇淬火介質
          選擇淬火介質,應當同時兼顧到對淬火介質冷卻特性、穩定性、可操作性、經濟性和環保等方面的要求。在這些要求中,*重要的是淬火介質的冷卻特性。本文將以推理方式入手,通過分析討論,提出一套從冷卻特性選擇淬火介質的可實用的原則方法。鋼件淬火冷卻,希望的效果有三:1.獲得高而且均勻的表面硬度和足夠的淬硬深度;2.不淬裂;3.淬火變形小。選好用好淬火介質是同時獲得這三項效果的基本保證。當前,國內外多以國際標準方法(ISO9950)測定,并用冷卻速度曲線來表征淬火介質的冷卻特性。但是,對特定工件(即在鋼種、形狀大小和熱處理要求一定)的情況下,如何從冷卻特性上去選擇合適的淬火介質?在生產現場,一個淬火槽中往往要淬多種不同鋼種、形狀、大小和熱處理要求的工件。在這種情況下,如何選定它們共同適用的一種淬火液?一般的熱處理車間,為滿足所有工件的熱處理要求,應當配備幾種淬火液?──關于這類實際生產需要解決的問題,至今研究很少。有人[1、2]做過一些工作,但都提不出系統實用的原則方法。
          本文以過去工作為[4、6]基礎,從討論實際生產中一些工件"油淬不硬而水淬又裂"入手,通過推理和實例分析,提出了對特定工件按冷卻速度分布選擇淬火介質的方法,并進而確定了能供多種工件淬火的一種淬火液的選擇原則。
          1 特定工件淬火的*低和*高冷卻速度分布線
          從普通機油和自來水的冷卻速度分布(如圖1)可以看出,普通機油的冷卻速度慢,因而不少工件在其中淬不硬;而自來水的冷卻速度又太快,以致于多數鋼種不能在其中淬火。在圖中,自來水和普通機油之間有一個寬廣的"中間地帶",只有普通機油和自來水的工廠,時常會遇到一些工件"油淬不硬而水淬又裂"的麻煩,原因就在這里?梢酝浦,對于一種這樣的工件,如果將機油的冷卻速度提高,該工件淬火硬度也會相應提高。我們假定,當機油的冷卻速度提高到圖2中帶齒線水平時,該工件剛好可以得到要求的淬火硬度。無疑, 冷速更高,淬火硬度還將進一步提高。我們把它叫做允許的*低冷速分布線。同時,研究表明,自來水引起淬裂和變形,是自來水冷卻太快,尤其是鋼件冷到其過冷奧氏體發生馬氏體轉變的溫度范圍時受到的冷卻太快的緣故。





          于是又可以推知,如果能降低自來水的冷卻速度,尤其是在工件冷到較低的溫度以后的淬火冷卻速度,就可以減小工件淬裂的危險。假定自來水冷卻速度降到圖3中帶齒線所示的水平時,該類工件便不會再淬裂了,我們把這條線叫做此工件已確定條件下允許的*高冷速分布線。



          把圖2和圖3合在一起,可以得到該工件能同時獲得前述三項淬火效果的淬火介質的冷卻速度分布范圍,如圖4所示。圖中,只要所選的淬火介質的冷卻速度分布曲線能全部落入這兩條曲線之間的區域內,不管是快速淬火油還是水溶性淬火液,也不管這些淬火介質的冷卻速度分布有何不同,上述工件在其中淬火都可以同時獲得所希望的淬硬而又不裂的效果。
          從另一角度說,有兩種不同的淬火介質,它們的冷卻速度分布有較大的差別。比如一種冷卻速度快,快到接近允許的*高冷卻速度線的水平,而另一種冷卻速度慢,慢到接近圖中*低冷卻速度線的水平。但由于二者的冷卻速度的分布都在允許的區域內,因而,二者都可以選用;蛘哒f,對上述工件淬火冷卻而言,二者能同樣獲得滿意的淬火效果。
          事實上,淬火冷卻過程在使鋼淬硬的同時,還會使工件發生一定程度的淬火變形。傳統的觀念認為,淬火冷卻越快,工件的淬火硬度越高,淬火變形也越大;淬火冷卻慢,淬火態硬度不高,工件的淬火變形就越小。但是,實際的情況是大多數和比較大的淬火變形是由淬火冷卻偏慢,工件淬火硬度不足引起的。只有少數和較小的淬火變形是淬火冷卻偏快,淬火硬度偏高引起的。由于這樣的原因,本文把淬火硬度高低和淬火變形大小結合起來加以考慮。本文作者在《解決淬火變形問題的新方法》[5]一文中,把鋼的頂端淬火曲線改成鋼的硬度-冷速曲線,如圖5所示。由鋼件的淬火硬度,可以從圖上確定一個冷卻速度值(指能獲得該淬火態硬度的效果冷卻速度)。根據特定工件淬火后的開裂、變形和硬度情況,圖5中把冷卻速度四個區,分別為過快冷速區,適度冷速區,不足冷速區和過慢冷速區,表中列出了工件獲得的冷速在這些區域內的淬火效果?梢钥闯,只有在第II,即適度冷速區冷卻,工件淬火后才能獲得希望的淬火三效果。
           


          圖5 按淬火冷卻速度大小將端淬曲線分成四個區
          分區 名稱 區內淬火效果
          I區 過快冷速區 硬度高、淬裂、變形
          II區 適度冷速區 硬度高而均勻、無淬裂、變形小
          III區 不足冷速區 硬度不足且高低不均,變形大
          IV區 過慢冷速區 完全未淬硬,變形小
          接著,該文又將已發生淬火變形,開裂以及硬度不足的工件參與淬火變形部位中冷卻速度的*高值和*低值所劃定的范圍叫做該工件淬火時的"冷卻速度帶"。根據實際工件的情況和淬火方法之不同,這種冷卻速度帶有寬有窄。工件上各部位獲得的冷卻比較均勻時,其冷卻速度帶就比較窄;當工件上各部位獲得的冷卻很不均勻時,其冷卻速度帶就比較寬。在工件的硬度-冷速曲線上,寬的冷卻速度帶容易跨越不同的冷卻速度區,而窄的冷卻速度帶則往往落入某一冷速區之內。由于冷卻速度帶進入第I冷速區會發生淬裂和變形,而進入第III冷速區會硬度不足且變形嚴重,因此,只有使工件的冷卻速度帶完全落入其第II冷速區,才能獲得希望的淬火三效果。根據這樣的道理,該文提出的解決淬火變形的方法和措施,都是使冷卻速度帶伸出第II區的部分完全移入第II冷速區。 用上述分析和解決淬火變形問題的方法來認識圖4中劃定的區域,容易看出,淬火時,進入*低冷速分布曲線以左的區域,就會出現硬度不足并發生較大的淬火變形;而若進入*大冷速分布曲線以右的區域,又會發生淬裂。于是,可以按工件的淬火效果,把圖4中兩條曲線分割成三個區域,從左到右分別定為第III(即不足)冷速分布區;第II(即適度)冷速分布區以及第I(即過快)冷速分布區,如圖6所示。本文把這樣的圖線叫作工件淬火效果-冷卻速度分布圖線。
           


          圖6 工件的淬火效果-冷卻速度分布分區圖
          分區 名稱 區內淬火效果
          I區 過快冷速區 硬度高、淬裂、變形
          II區 適度冷速區 硬度高而均勻、無淬裂、變形小
          III區 不足冷速區 硬度不足且高低不均,變形大
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