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淺析熱處理淬火技術，淬火的過程是怎樣的？淬火的介質有哪些？-熱處理展-工業爐展-2024第二十四屆廣州國際熱處理、工業爐展覽會-巨浪展覽—The 24th China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
2024年1月15日 熱處理展-工業爐展-heat treatment expo-furnace expo |
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熱處理是金屬在加熱到一定溫度時，通過保溫、冷卻，獲得預期組織和性能的一種加工工藝。其基本過程是將工件加熱到塑性變形溫度，使其達到規定的力學性能、組織形態或表面狀態，以獲得所需要的質量目標。
因此，工件的熱處理必須嚴格掌握。加熱、保溫和冷卻通常是其三個步驟，但有時也只有加熱和冷卻兩個步驟。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，是非常常用的熱處理手段，其中最流行的方法是通過一種稱為淬火的方法。
淬火是什么?
淬火是一種金屬熱處理工藝。淬火是指金屬的快速冷卻，以調整其原始狀態的機械性能。為了執行淬火過程，金屬被加熱到高于正常條件的溫度，通常是高于其再結晶溫度但低于其熔化溫度的某個溫度。為了讓熱量“浸泡”材料，金屬可以在這個溫度下保持一段時間。一旦金屬被保持在所需的溫度，它在介質中淬火，直到它回到室溫。該金屬還可以被淬火一段較長的時間，以便從淬火過程的冷卻分布在材料的整個厚度。
淬火過程:
在鋼的淬火過程中，通過使物體的熱表面與一些較冷的材料接觸而獲得快速的冷卻速度，這些材料可以是氣態的、液態的或固態的。這種操作稱為淬火，包括通過空氣、水或其他液體噴射冷卻的方法——浸泡在液體中，如鹽水、水、聚合物淬火劑、鹽浴、板間冷卻。
淬火工藝
然而,冷卻的速率(傳熱的速度從身體熱金屬淬火介質)取決于對象的截面尺寸,其溫度,其熱性能,其表面的條件至于氧化膜的性質和程度的粗糙度,初始溫度的冷卻劑,其沸點,冷卻劑的比熱，蒸發潛熱，蒸汽的比熱，它的導熱系數，它的粘度和它通過浸入物體的速度。
在開始考慮常用冷卻劑的冷卻特性之前，最好先研究一下，當一個被加熱的鋼鐵物體(比如840°C)被投入一個靜止的冷水浴中時，會發生什么。
在整個淬火過程中，冷卻曲線顯示的不是恒定的冷卻速率，而是三個階段:
階段A -蒸汽覆蓋階段:
在開始淬火后，由于金屬處于高溫，淬火冷卻劑立即蒸發，一個連續的蒸汽毯包裹物體的表面。
現在沒有液體與金屬表面接觸，熱通過輻射和通過水蒸氣層到液-汽界面的傳導從熱表面非常緩慢地逸出。由于蒸汽膜是不良的熱導體，冷卻速度相對較慢。
階段B -間歇接觸階段(液體沸騰階段):
熱量在這一階段被迅速地蒸發掉，正如冷卻曲線的陡坡所顯示的那樣。在這一階段，蒸汽覆蓋層間歇性地被打破，使冷卻劑在一瞬間與熱表面接觸，但很快被蒸汽氣泡的劇烈沸騰作用推開。氣泡被對流帶走，液體再次接觸金屬。
這一階段的快速冷卻很快使表面低于淬火介質的沸點。然后，蒸發停止了。第二階段對應100℃~ 500℃的溫度范圍，在這一溫度范圍內，奧氏體狀態下的鋼轉變最快(≈CCT曲線的前緣)。因此，這一階段的冷卻速度對鋼的淬火是非常重要的。
C階段-直接接觸階段(液冷階段):
當物體表面的溫度降低到沸點，或低于淬火介質時，這一階段開始。蒸汽不會形成。冷卻是由于對流和通過液體的傳導。這一階段的冷卻速率最低。
淬火的目的：（1）大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求；（2）通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。
應用范圍：淬火工藝應用最為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鉆探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。
淬火介質
工件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質應具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應力。
常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。
水
水是冷卻能力較強的淬火介質。
優點： 來源廣、價格低、成分穩定不易變質。
缺點： 冷卻能力不穩定，易使工件變形或開裂。在C曲線的“鼻子”區（500～600℃左右），水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成“軟點”；而在馬氏體轉變溫度區（300～100℃），水處于沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，致使工件變形甚至開裂。當水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質（如油、肥皂、泥漿等），均會顯著降低其冷卻能力。
應用： 適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。
鹽水和堿水
在水中加入適量的食鹽和堿，使高溫工件浸入該冷卻介質后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質在高溫區的冷卻能力，其缺點是介質的腐蝕性大。
應用：一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不應超過60℃，淬火后應及時清洗并進行防銹處理。
油
冷卻介質一般采用礦物質油（礦物油）。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般采用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。
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來源：賢集網
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