目前在生产上所应用的成熟方法及其一般应用范围如下。
(1)单液淬火法
它是简单的淬火方法,常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质, 使其完全冷却。 对碳
钢而言,直径大于 3-5 mm 的工件应于水中淬火,更小的工件可在
油中淬火。对各种牌号的合金钢,则以油为常用淬火介质。
由过冷奥氏体转变 (等温或连续冷却)动力学曲线看出,过冷奥
氏体在 点附近的温度区是比较稳定的。 为了减少工件与淬火介质之
间的温差,减小内应力,可以 把欲淬火工件,在淬入淬火介质之前,
先空冷一段时间,这种方法称为“预冷淬火法” 。
(2)中断淬火法(双淬火介质淬火法)
该种方法是把加热到淬火温度的工件, 先在冷却能力强的淬火介
质中冷却至接近 M 点,然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温,以
达到在不同淬火冷却温度区间, 有比较理想的淬火冷却速度。 这样既
保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度又可减少内应力及防止发生
淬火开裂。一般用水作快冷淬火介质,用油或空气作慢冷淬火介质,
但较少采用空气。在水中停留时间为每 5-6 mm 有效厚度约 1 s。
这种方法的缺点是 :对于各种工件很难确定其应在快冷介质中停
留的时间,而对于同种工件,这时间也难控制。在水中冷却时间过长,
将使工件某些部分冷到马氏体点以下, 发生马氏体转变, 结果可能导
致变形和开裂。反之,如果在水中停留的时间不够,工件尚未冷却到
低于奥氏体不稳定的温度, 发生珠光体型转变, 导致淬火硬度不足。
此外,还应考虑:当工件自水中取出后,由于心部温度总是高于
表面温度,若取出过早,心部存的热量过多,将会阻止表面冷却,使
表面温度回升, 致使已粹成的马氏体回火, 未转变的奥氏体发生珠光
体或贝氏体转变。
由于迄今仍未找到兼有水、 油优点的淬火介质, 所以尽管这种方
法在水中保持的时间较难确定和控制, 但对只能在水中淬硬的碳素工
具钢仍多采用此法。 当然,这就要求淬火操作者有足够熟练的技术。
中断淬火法也可以另种方式进行, 即把工件从奥氏体化温度直接淬入
水中,保持一定时间后,取出在空气中停留。由于心部热量的外传使
表面又被加热回火, 同时沿工件截面温差减小, 然后再将工件淬入水
中保持很短时间,再取出在空气中停留,如此往复数次, 在油中
或空气中冷却。 显然这种方法不能得到很高的硬度, 主要用于碳钢的
大型工件,以减少在水中淬火时的内应力。
(3)喷射淬火法
这种方法就是向工件喷射水流的淬火方法, 水流可大可小, 视所
要求的淬火深度而定。 用这种方法淬火,不会在工件表面形成蒸气膜,
这样就能够保证得到比普通水中淬火更深的淬硬层。 为了因水流
之间冷却能力不同所造成的冷却不均匀现象, 水流应细密, 同时
工件上下运动或旋转。 这种方法主要用于局部淬火。 用于局部淬火时,
因未经水冷的部分冷却较慢, 为了避免已淬火部分受未淬火部分残留
热量的影响,工件一旦全黑,立即将整个工件淬人水中或油中。
(4)分级淬火法
把工件由奥氏体化温度萍人高于该种钢马氏体开始转变温度的
淬火介质中,在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度,
然后缓冷至室温,发生马氏体转变。这种方法不仅减少了热应力,而
且由于马氏体转变前, 工件各部分温度已趋于均匀, 因而马氏体转变
的不同时现象也减少。
分级淬火只适用于尺寸较小的工件, 对于较大的工件, 由于冷却
介质的温度较高,工件冷却较缓慢,因而很难达到其临界淬火速度。
某些临界淬火速度较小的合金钢没有不要采用此方法, 因为在油
中淬火也不至于造成很大内应力。 反之,若采用分级淬火来代替油淬,
其生产效率并不能显著提高。
淬火介质的温度(“分级”温度)可高于或略低于马氏体点,当
低于马氏体点时,由于温度比较低,冷却较剧烈,故可用于较大改进
的淬火。
各种碳素工具钢和合金钢( M s=200~250℃)淬火时,分级温度
选择在 250℃附近,但更经常选用 120~150℃,甚至 100℃。
分级温度选在低于 M s点,是否还谓之分级淬火,尚有待商榷。
因为一般分级淬火的概念是在分级温度等温后, 取出缓冷时才发生马
氏体转变,但在低于 M s点以下的温度等温后已发生了大量马氏体转
变。
分级保持时间应短于在该分级温度下奥氏体等温分解孕育期,应尽量使工件内外温度均匀。 分级后处于奥氏体状态的工件, 具有较
大的塑性(相变超塑性),因而创造了进行工件的矫直和矫正的条件。
这对工具具有特别重要的意义。因而高于 M s点分级温度的分级淬火,
广泛地应用于工具制造业。对碳钢来说,这种分级淬火适用于直径
8~10mm 工具。
若分级淬火温度低于 M s点,因工件自淬火剂中取出时,已有一
部分奥体氏转变成马氏体, 上述奥体氏状态下的矫直就不能利用, 但
这种方法用于尺寸较大的工件(碳钢工具可达 10~15mm 直径)时,
不引起应力及淬火裂缝,故仍被广泛利用。
(5)等温淬火法
工件淬火加热后,若长期保持在下贝氏体转变区的温度,使之
完成奥体氏的等温转变, 获得下贝氏体组织, 这种淬火称为等温淬火
等温淬火于分级淬火的区别在于前者获得下贝氏体组织。
进行等温淬火的目的是为了降低变形少, 硬度较高并兼有良好韧
性的工件。 因为下贝氏体的硬度较高而韧性又好, 在等温淬火时冷却
又较慢,贝氏体的比体积也较小,热应力、组织应力均很小,故形状
变形和体积变形也较小。
等温淬火用的淬火介质于分级淬火相同。
热处理厂讲到1863年,英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显镜下的六种不同的金相组织,证明了钢在加热和冷却时,内部会发生组织改变,钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论,以及英国人奥斯汀早制定的铁碳相图,为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时,人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法,以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。真空热处理的工艺原理是什么(1)金属在真空状态下的相变特点。在与大气压只差0.1MPa范围内的真空下,固态相变热力学、动力学不产生什么变化。在制订真空热处理工艺规程时,完全可以依据在常压下固态相变的原理。完全可以参考常压下各种类型组织转变的数据。(2)真空脱气作用,提高金属材料的物理性能和力学性能。(3)真空脱脂作用。(4)金属的蒸发:在真空状态下加热,工件表面元素会发生蒸发现象。(5)表面净化作用,实现少无氧化和少无脱碳加热。(6金属实现无氧化加热所需的真空度。
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深冷处理技术是近年来兴起的一种改善金du属工件性能的新工艺。所谓zhi深冷处理,就是用液氮(-196℃)作为dao冷却介质将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去,达到远低于室温的某一温度,促使常规热处理后所存在的残余奥氏体得到进一步转化成能使钢变硬、增强的马氏体,从而改善金属材料性能。深冷处理后能明显的提高金属工具的耐磨性、韧性和尺寸稳定性,使工件的使用寿命成倍的提高。
深冷处理技术的改进效果是渗入处理件的内部(整体效应),因为不仅限于表面,所以对刃具进行重磨再用时不会使工件的改性效果失效,对工件的形状和尺寸不但不会引起变化,而且还有增强尺寸稳定性和减小淬火应力的作用;工艺系统简单,耗电量少,不受工件形状和尺寸限制,操作简便;无任何环境污染,是的环保型技术。
深冷技术一出现,就引起了科学研究界和工业界的高度重视,在国外已经应用于刃具、量具、模具、以及精密零件,如油泵的油嘴、发动机的涡轮轴、轧辊、阀门、齿轮、弹簧等工件的改性。深冷改性技术的应用正逐步得到企业界的高度重视,发展非常迅速,目前已获得的实验结果和取得的成果表明,深冷改性技术可以在以下几个方面得到应用:
1、高速钢刀具、刃具、量具寿命的提高;
2、硬质合金的刀具、刃具寿命的提高;
3、硬质合金的钻头、钻具的寿命提高;
4、金刚石制成品的性能改善,如人造金刚石热稳定性提高、人造金刚石矿用钻头、金刚石Φ105mm锯片等的性能提高;
5、金刚石热压机的顶锤性能提高;
6、精密机械的装配零件的尺寸稳定;
7、碳纤维丝的性能提高;
8、油嘴、弹簧、齿轮、轴承使用寿命提高;
9、机械制造产业中的热作模具、冷作模具使用寿命提高。
在美国、前苏联、日本等国,不但把深冷技术应用于高速钢、轴承钢、模具钢,用来提高材料的耐磨性、强韧性和整体使用寿命,同时还利用深冷处理技术对铝合金、铜合金、硬质合金、塑料、橡胶、沥青、玻璃等进行深冷改性处理,同样也大大改善了均匀性、尺寸稳定性、提高了使用寿命