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淬火工艺知识要点,玩热处理的,怎能不懂这些呢?

时间:2020-04-13 08:49:57

今天给大家分享的是关于淬火的知识点!

淬火概念

淬火是指将钢加热到临界温度以上,保温后以大于临界冷却速度的速度冷却,使奥氏体转变为马氏体的热:处理工艺。


淬火原理

在气淬过程中,工件的热量主要靠循环气体的强制对流传热带走,在其他因素一定的情况下,对流换热系数越大,淬火所经历的时间越短,冷却速度越快。


淬火目的

1,提高工件的硬度和耐磨性,例如各种刃具,冷作模具。

2,赋予工件以需要的综合机械性能,例如中碳钢的调质。

3,使工件获得特殊的物理化学性能,例如对用磁钢进行淬火,可以增加其铁磁性。


传统淬火方法及常用介质

淬火方法:单液淬火,双液淬火,分级淬火,等温淬火

常用淬火介质:水,水溶液,矿物油,熔盐,熔碱

淬火前的准备

1、 检查工件表面,不允许有碰伤、裂纹、锈斑、油垢及其他脏物存在,油垢可用碱煮洗,锈斑可用喷砂或冷酸清洗。

2、准备淬火所用的工具,检查设备是否完好。

3、检查控温仪表指示是否正确。

4、工件形状复杂的,其中有不需要淬硬的孔眼、尖角或厚度变化大的地方,为了防止变形和淬裂的危险均应采用堵塞或缠绕石棉的方法,使工件各部分加热及冷却温度均匀。

5、要求工件表面不允许有氧化脱碳现象,要用硼砂酒精溶液涂覆。


淬火规范

1、加热温度

(1)亚共析钢淬火加热温度为Ac3+30~50"C, 一般在空气炉中加热比在盐浴中加热高10~30C,采用油、硝盐淬火介质时,淬火加热温度应比水淬提高20"C左右。

(2)共析钢、过共析钢淬火加热温度为Ac1+30~50°C, 一般合金钢淬火加热温度为Ac1或Ac3+30~50°C.

(3) 高速钢、高铬钢及不锈钢应根据要求合金碳化物溶入奥氏体的程度选择。过热敏感性强及脱碳敏感性强的钢,不易取.上限温度。

(4)低碳马氏体钢淬透性较低,应提高淬火温度以增大淬硬性; 中碳钢及中碳合金钢应适当提高淬火温度来减少淬火后片状马氏体的相对量,以提高钢的韧性;高碳钢采用低温淬火或.快速加热可限制奥氏体固溶碳量,而增加淬火后板条马氏体的含量,减少淬火钢的脆性。另外,提高淬火温度还会增加淬火后的残余奥氏体量。

2、加热方法

(1)模具:室温进炉或300- -400°C进炉, 并在550- -600C时等温一段时间。

(2) 弹簧或原材料(调质处理),可在淬火温度时进炉。

3、保温时间

加热与保温时间由零件入炉到达指定工艺温度所需升温时间(t1),透热时间(t2) 及组织转变所需时间(t3) 组成。t1+t2由设备功率、加热介质及工件尺寸、装炉数量等因素决定,t3则与钢材的成分、组织及热处理技术要求有关。普通碳钢及低合金钢在透热后保温5~15min 即可满足组织转变的要求,合金结构钢透热后应保温15~25min。高合金工具钢、不锈钢等为了溶解原始组织中的碳化物,应在不使奧氏体晶粒过于粗化的前提下,适当提高奥氏体化温度,以缩短保温时间。

4、加热速度

对于形状复杂,要求畸变形小,或用合金钢制造的大型铸锻件,必须控制加热速度以保证减少淬火畸变及开裂倾向,一般以30~70°C/h限速升温到600~700C, 在均温一段时间后再以50~100C/h速度升温。形状简单的中、低碳钢、直径小于400mm的中碳合金结构钢可直接到温入炉加热。

5、冷却

(1)根据不同钢材的种类选择冷却方法(见《热处理手册》—工艺基础P161- -162)。

(2)冷却水温不可超过40°C.

(3)当工件冷却到300- 400C时,水的冷却能力太强,易使工件淬裂,尤其是当工件过热更易发生淬裂现象。

(4)工件在水中应作上下左右移动或将水强力搅动。

(5)淬火油应保持在20- -60°C.

(6)油池应保持洁净,经常消除盐渣或污浊杂质,一般2-3应进行换新或过滤处理。

6、淬火介质的使用

(1)按照淬火介质技术要求和冷却性能,正确地选用各类淬火介质。

(2)淬火介质不应对热处理工件产生严重锈蚀。

(3)水槽中的水、水溶液不应含有过量有害物质。

(4)油槽中的淬火油混入少量水是极其有害的,会造成淬火软点或

畸变。其含水量应小于0.05% (质量分数)。

(5)将淬火介质搅拌均匀后,从淬火槽有代表性的部位或中心部位

取适量介质进行分析。经分析不符合技术要求时,适当调整,甚至更换。

7、淬火槽

(1)淬火槽应保持工件表面各部位冷却均匀,一般应有循环搅拌和冷却装置。

(2)淬火槽的容积应适应持续淬火和工件在槽中移动的需要。

(3)应及时清除淬火槽中的悬浮物和沉淀物。

(4)淬火槽要有槽盖,停用时加盖保护。油槽要定期清除。

(5)淬火槽应装备分辨力不大于5°C的测温仪表。

淬火操作

1、工件浸入淬火介质应遵循的原则

(1)工件浸入淬火介质前在空气中预冷可以减少畸变,预冷时间t (s) =12+ (3~4) d,d是危险截面厚度(mm)。

(2)工件在淬火介质中应根据其形状,沿不同方向作适当移动,以提高介质的冷却速度和减少工件畸变。

(3)轴类和圆筒形工件,从加热炉中取出后,应预冷片刻,垂直浸入淬火槽。

(4)圆盘形和薄板形工件,应使其轴向与液面平行浸入介质。

(5)有凹面和不通孔的工件,凹面及不通孔开口向上浸入介质,以利排除蒸汽。

2、单介质淬火

工件在水中淬火冷至室温的时间- -般是0. 2~0.3s/mm,大型轴类工件为1.5~2s/mm,在轴中冷却一般工件是9~ 13s/mm.

3、双介质淬火

工件在水一油双介质淬火时,在水中停留时间: t (s) =K*D, 式中的D为工件最易开裂出的厚度,K为常数。


4、分级淬火

分级淬火时钢的临界直径比水淬和油淬都小,对于碳钢和低合金钢适用于小型工件(碳钢小于15mm,合金钢小于30mm)。工件尺寸大时,由于分级冷却速度缓慢,将得到非马氏体组织。

5、贝氏体等温淬火

(1)等温淬火适应于合金钢及W (C) >0.6%的碳钢的小截面工件。

(2)严格控制等温槽温度,防止大批工件浸入槽内引起槽液温度上升。

(3)为了提高等温槽的冷却速度,等温槽中含水量可控制在0.2%~0.4% (质量分数),高者可达1%~2% (质量分数)。即檫干并涂以防锈油,以防生锈。

(5)为了消除冷处理过程中产生的内应力、工件深冷后应进行低温回火。

(6)一般钢冷处理后不回火,高速钢可在回火一次后进行冷处理。

6、冷处理

(1)工件淬火未冷至室温不得放入冷装置,以免开裂。

(2)工件不易直接放入低温冷却液(干冰+酒精)。应先放入充有空气的低温箱,使之冷透后再投入冷室。

(3)工件放入冷装置后,仪器指示到预定低温后,应保持1.5~2h。

(4)工件从冷室取出后空冷,空气中的水会在表面结霜,应立即檫干并涂以防锈油,以防生锈。

(5)为了消除冷处理过程中产生的内应力、工件深冷后应进行低温回火。

(6)一般钢冷处理后不回火,高速钢可在回火一次后进行冷处理。

7、工件的校正

(1)碳素钢冷却到150--200°C时取出在空气中校正。

(2)合金钢及高速钢冷到200- -250°C时取出在空气中校正。

(3)工件应在加热条件下校直时,加热温度不得超过回火温度。

淬火工艺程序

除油—除锈—涂保护剂—凉干—进炉—加热—等温—升温—保温—淬火—(水或油或其他)—检验—回火

检验方法

1、外观检验

工件表面不允许有裂纹和有害的伤痕(必要时可用磁粉探伤或其他无损检测方法检测)。锻造余热淬火工件,表面不能有折叠等缺陷。

2、表面硬度

硬度必须满足技术要求,根据不同类型的工件,不能超过表面硬度的误差范围。


3、金相组织

(1)中碳钢和中碳合金结构钢淬火后一般应得到马氏体。

(2)高碳工具钢和高碳低合金工具钢(包括轴承钢)正常淬火组织是均匀分布的未溶碳化物+隐晶马氏体(或少量细片状马氏体)。

(3)高速钢淬火通常以晶粒度控制淬火质量。

4、畸变

淬火回火的畸变允许值不得超出下表的规定:

传统淬火存在的问题

1、氧化和脱碳

使工件的尺寸减小,表面含碳量下降,表面粗糙度增大,还会严重影响到淬火时冷却的速度,造成软件或硬度不足,耐磨性和疲劳强度下降。

2、过热和过烧

加热温度过高或加热时间过长,会引起奥氏体晶粒长大变粗,生成的马氏体也粗化,这种现象叫做过热。过热的工件几乎不能防止淬火裂纹产生。

3、软点和硬度不足

工件或刚才淬火硬化后,表面硬度偏低的小区域称为软点。软点可用锉刀检查,容易错动的地方就是软点所在位置。零件进入介质的方式是造成软点和硬度不足的重要原因。

4、淬火裂纹

淬火裂纹是工件在淬火冷却过程中产生的裂纹。这种裂纹是工件进入冷却介质中不久之后,温度降低的时候产生的。

影响工件冷却速度的因素

主要有淬火气体压力、淬火气体流量、淬火气体类型、换热器的换热能力、炉膛结构和炉膛内工件布置方式等。其中对冷却速度影响最为显著的因素是淬火气体的压力和流率。

淬火气体类型对冷速的影响

在相同的温度和压力下,高压气淬所用的淬火气体密度应小,以减小通过淬火回路流动时所需风机功率;比热应大,能从工件上移去更多的热量;导热系数应大,以减小气体流动时对流传热边界层的热阻。

四种常用的淬火气体

氢气、氦气、氮气和氩气

其冷却能力依次是氢气>氦气>氮气>氩气。

先进淬火工艺介绍

1、真空高压气冷淬火

真空高压气淬作为一种真空热处理技术,起始于二十世纪七十年代,它具有油冷淬火、盐浴淬火不可比拟的优点:

①工件表面质量好无氧化、无增碳;

②淬火均匀性好,工件变形小;

③淬火强度可控性好冷却速度能通过改变气体压力和流速进行控制;

④生产率高;

⑤无环境污染等。

在近三十年时间内,真空高压气淬技术得到了迅速发展、推广和应用,特别是随着淬火压力的提高,使得真空热处理的材质范围进一步扩 大,工件淬火硬度和可淬硬尺寸得到了明显提高。


2、激光淬火

激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上,随着材料自身冷却,奥氏体转变为马氏体,从而使材料表面硬化的淬火技术。

优点:

1.淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好。

2.激光加热速度快,热影响区小,又是表面扫描加热淬火,即瞬间局部加热淬火,所以被处理的模具变形很小。几乎不破坏表面粗糙度。

3.激光束发散角很小,具有很好的指向性,能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火。


3、等离子淬火

等离子弧表面淬火是应用等离子束将金属材料表面加热到相变点以上,随着材料自身的冷却,奥氏体转变成马氏体,在表面形成由超细化马氏体组成的硬化带,具有比常规淬火更高的表面硬度和强化效应。


优点:

用等离子弧热源进行表面淬火具有与激光淬火相同的一些优点,更具有激光淬火无法比拟的显著优点:

1.等离子弧表面淬火设备只需在普通应用的等离子弧发生器的基础上作些改进即可实现表面淬火要求,在技术上、制造上都很容易实现。而目前国内只能生产功率较低的激光表面淬火设备,限制了激光表面淬火技术的应用范围。

2.在激光淬火前,工件需进行磷化即黑化处理,以提高光的吸收系数,这样就增加了淬火工序,并且,黑化质量对激光热处理的效果影响很大,而等离子表面淬火不需类似的工序即可完成。

3.由于技术和设备的原因,目前激光器的工业效率(即电光能量转换效率)很低,不超过15%,而等离子弧表面淬火设备的热效率要高出许多。

4.激光表面淬火设备的价格昂贵,体积庞大,对操作人员的技术要求高,造成安装场地要求高,生产成本高,而等离子弧表面淬火设备价格便宜,体积小,降低了生产成本。

5.由于激光设备的原因,激光淬火在内孔表面等部位的淬火长度受到限制,等离子弧表面淬火通过采用合适的工装,可以实现对深孔表面强化。


缺点:

等离子弧表面淬火外部影响因素很多,在淬火过程中都需要控制,对实现稳定的淬火工艺增加了难度。等离子弧表面淬火对于工件的小的局部,窄的沟、槽等表面实现比较困难,而且,硬化层深度较浅,有一定的应用限制。


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