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人們知道淬火 技藝已有幾千年了，人們對淬火 覺 得 神秘也有幾千年了,。二十世紀(jì)以前 淬火還是在空氣中,、水中和動物油或 植物油中進(jìn)行的原始操作,，二十世紀(jì)初期,，對硬化或 淬火 的認(rèn)識才定型化,。" Y0 r% p! i/ I y3 v
1914年出版的一本書中談到“要能成功的淬硬，需研究各種淬火工件 ,、設(shè)計及要求 的 硬度”,。隨著對硬化的 認(rèn)識，人們普遍采用了以礦物油為基 的 淬火 油,。雖然現(xiàn)在對采用礦物油 作淬火 油好象已是很自然的 事情,，這對保證淬火 工藝中得到穩(wěn)定的金相結(jié)果來說，確是一 個 有重要意義的事情,。動物油和植物油性能變壞很 快 ,，有時只幾天，而礦物油為基 的 淬火 介 質(zhì) 可穩(wěn)定長期使用數(shù)月至許多年,。我們應(yīng)該牢記當(dāng)時的背景：用油來淬火 處理含有較高的 合 金 元素的鋼,，而水是用來處理普通碳素鋼的,。% c. i* T- k6 U# m
早期的研究者已清楚在淬火 過 程 中存在著不同階段，雖然在不同階段的叫法和今天有所 不同,，但對每一階段 發(fā)生些什么至少在1923年 已有了基 本的 了解,。記 錄冷卻速度或 冷卻曲線 的嘗試在過去已有文件記載 ,，一個11磅重,、用10，45鋼做的心部放有熱電偶的試棒被加 熱和冷卻,，溫度的變化用毫伏計測 定,，時間用秒表測定。
. L8 I% `3 p* |: P 今天,，用于測定和分析淬火 液冷卻性能的設(shè)備和技術(shù)復(fù)雜和精致得多了,。采用優(yōu)異的合 金 ，功能強(qiáng)大的電子硬件和專用的軟件,，研究人員能夠分 析一個 淬火 液或 淬火 系統(tǒng)的冷卻功 能和效果,，復(fù)雜和精致的程度可達(dá)到這樣的程度，即預(yù)測經(jīng)某一特定淬火 介 質(zhì)液處理后的合金 物理性能,。" e0 Y% i% A7 M
無論測試設(shè)備的功能如何強(qiáng)大,，我們今天所測定的淬火 階段 （叫 作淬火 冷卻的三個階 段 ），是和早期的研究者所觀察到的相同的 ,。淬火 冷卻階段的研究對淬火 處理來說是最基 本 的�,，F(xiàn)回顧一下，對進(jìn)一步討論淬火 問題有幫助,。( N: b) n! W; @" W
5 S! i4 l' a x, A 淬火冷卻的第一階段 是蒸汽膜,。蒸汽膜階段，由熱工件浸入淬火液時開始,，工件被淬火液的蒸汽所包圍,，冷卻相對較慢，熱量經(jīng)蒸汽膜輻射和傳導(dǎo)散出,。隨著工件的冷卻,，蒸汽膜無法維持，蒸汽膜破裂,，進(jìn)入沸騰冷卻階段,，淬火液和工件的表面接觸并沸騰，工件熱量迅速的由蒸發(fā)吸熱帶走,。當(dāng)工件冷卻至低于淬火 液的沸點(diǎn)時,，沸騰階段停止， 對流冷卻階段開始,。對流冷卻階段或淬火冷卻的第三階段,，也是冷卻較慢的階段,，工件的熱量通過淬火液的對流帶走。& n- h0 R; ]9 @7 | ]1 V
對很多淬火液而言,，對流階段發(fā)生的溫度相應(yīng)于很多合金鋼由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度,，因此對流階段對控制和減少淬火變形是一個很重要的階段。! I% ?; w5 @9 y
所有的液體淬火介質(zhì)都有三個階段,，但不同的淬火介質(zhì),，從淬火機(jī)理來說，會有不同的階段點(diǎn),。除淬火 液本身,，其它參數(shù)或 因素也影響淬火 各階段 的 冷卻特性。攪拌對蒸汽膜 階段的影響最大,，它把包圍在工件周圍的蒸汽驅(qū)散,。攪拌對沸騰階段的影響很輕，因沸騰階段本身已存在強(qiáng)烈的擾動,。攪拌對對流階段的影響比對蒸汽膜階段的影響小得多,，但比 它對沸騰階 段 的 影響大。雖然冷卻曲線分析不一定覺 察 到攪 動對 對 流階段的影響,，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)顯示改變對 流階段 的 攪 拌 可 減 小變形,。+ C0 `/ c- r9 W
淬火液的溫度對淬火 三個階段的影響視所用的淬火 液而不同，水基 淬火 液,，槽溫增加 時,，蒸汽膜階段不斷 延長，這是水的自然性能枛枛當(dāng)溫度接近沸點(diǎn)會 產(chǎn) 生蒸汽（水蒸汽）,。槽 溫 對 沸 騰階段和對流階段的影響不顯著,。因此當(dāng)水基 淬火 液的溫度提高時，淬火 液總的冷卻 速度降低,。# z- q4 u3 ~( }$ k8 u
油基 淬火液剛好相反,，液溫有相反的影響。油加熱時,，粘度成比例的下降,，粘度的下降 使淬火 液自然流動，機(jī) 械攪動更方便,，增加了自然和機(jī) 械紊流,，使蒸汽膜階段中止。槽溫的改 變 對 淬火 油沸騰階段（一個 本來已劇烈的過程）影響不大,。槽溫增加時,，淬火 油對流階段的 冷速變慢，這種影響是有利的,，因由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時,，較低的冷速,，一般會 減 少變形和開 裂的傾向�,？偟膩碚f,，當(dāng)淬火 油溫度提高時，總 的 冷卻速度增加,。
! s( m4 t) a5 [: d" r 前面所討論的是淬火 過 程 中發(fā)生的現(xiàn)象和機(jī) 理,，淬火 液的組成或 配方是放在第二位的 。然而 淬火介質(zhì)本身對整個淬硬處理來說是非常重要的,。三十年代后期四十年代初期,，隨著第 二 次世界大戰(zhàn)發(fā)生的二件事,，迫使淬火 油發(fā)生了改變,。這二件事是：一、合 金 元素的短缺,；二 ,、對具有高 物理性能部件的需求, 如更高的沖擊強(qiáng)度等。為克服這些障礙, 淬火 油必須“更快敗£
0 E5 N L$ l3 a( Q& o3 C( t0 x 多 年來,，熱處理工件者有一個 做 法,，在水淬火 槽 中加進(jìn)鹽類，來使水淬得更快或 至少 更 均 勻,，相同的原理也能用于淬火 油,。淬火 介 質(zhì)的研究者們在那時期開始試驗(yàn)各種有機(jī) 金 屬 和 樹脂，將這些材料加入到基 礎(chǔ)油中,，得到了肯定的結(jié)果,，“現(xiàn)代”快速淬火 油的時期開始了 。' b( ?9 w- i3 ?
這些材料或 添加劑往往被稱 為“潤濕劑”,。關(guān)于它們對淬火 介 質(zhì)冷卻性能的影響理論 也產(chǎn)生了,。樹脂或 有機(jī) 金 屬溶于油中，當(dāng)工件浸入時,，即和熱的工件接觸,，同時開始了蒸汽膜 階段，但樹脂或 有機(jī) 金 屬的晶粒仍存在于表面,，這些晶粒隨帶有以分子大小計的油,，這些油過 熱劇烈爆炸，破壞了蒸汽膜階段,，并加速了沸騰階段的到來,。潤濕劑的添加也使得淬火 作用更 均 勻 ，再結(jié)合蒸汽膜階段的縮短,，工件淬不硬,、局部軟點(diǎn)和變形等問題能得以解決或 減 少,。
: [7 [' j8 G' u0 T, Z+ ` 自現(xiàn)代淬火 時期開始以來，對更專用淬火 液的需求一直繼續(xù)著,。需要介質(zhì)用以硬化 鋼 和 鑄鐵,、鋁合金固溶處理枛枛無變形的同時得到最高的機(jī)械性能。40年代后期,，等溫淬火 油用 于取代鹽浴 ,，今 天等溫淬火 油的使用在增加，從接近最終成形尺寸的處理件,，減少機(jī) 械加工中 工業(yè)界節(jié)省成本得到了好處,。結(jié)合世界范圍內(nèi)對提高質(zhì)量的驅(qū)使，促使工業(yè)界和淬火介質(zhì)研究人員研究和發(fā)展改進(jìn)產(chǎn)品和工藝,。% D' g' U, f1 w
現(xiàn)代淬火 時期的另一發(fā)展是水基聚合物淬火液,。最先在50年代引入，這些 產(chǎn) 品填 補(bǔ)了 不斷增長的表面感應(yīng)淬火 硬化,、火 焰加熱硬化的 工藝需要,。聚合物提供的淬火 性能填補(bǔ)了水 和 最 高 速淬火 油淬火性能之間的空間。在60年代,，這項技術(shù)隨著乙二醇 基 淬火 液的引入,，用 于替代淬火油而得到了改進(jìn)。70年代初期,，幾個因素肯定的影響了聚合物淬火液的使用和發(fā)展 ：對工廠和自然環(huán)境日益增長的關(guān)心,、以及對工人安全的關(guān)心，迫使很多工業(yè)采用聚合物淬火液 ,。在1973年和1974年石油短缺,，和隨之而來的淬火油價格的上升，給了工業(yè)界必要的推動,， 開始使用聚合物淬火 液,。
9 @; W" A! f4 h- H 今天有很多不同種類的聚合物淬火 液用于金屬的熱處理，其中很多是針對滿足特定工業(yè) 需要的專門產(chǎn)品,。聚合物淬火 介 質(zhì)的研究者可由幾種化學(xué)品家族中選用原料來試 驗(yàn)和發(fā)展聚合 物淬火 液,。對這些材料的理解和知識發(fā)展到這樣的境地，使聚合物的分子 能加工成使其可提 供特定的性能：淬火 性能及其它,，以滿足特定使用的要求,。
" T/ E, X1 R& i1 m" Q0 u! e 展望將來，淬火 介 質(zhì)的將來將如何,？答案存在于政府的規(guī)定,、可得到的資源、環(huán)境,、工 業(yè)需要和很多其它領(lǐng)域,。 |
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發(fā)表于 2010-6-7 13:42:08
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