热处理常见介质及问题处理

工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。


　　常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。


　　● 水
　　水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。


　　● 盐水和碱水
　　在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。


　　一般情况下，盐水的浓度为10％，苛性钠水溶液的浓度为10％～15％。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。


　　● 油
　　冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。


　　目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。

　　高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又**减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。


　　光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。


　　真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。

　　盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。


　　● 新型淬火剂
　　有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。


　　聚乙烯醇常用质量分数为0.1％～0.3％之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性。


　　三硝水溶液由25％硝酸钠+20％亚硝酸钠+20％硝酸钾+35％水组成。在高温（650～500℃）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。在低温（300～200℃）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水－油双介质淬火。


冷却方法
　　生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。主要有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。


　　● 单液淬火
　　是将奥氏体化工件浸入某一种淬火介质种，一直冷却到室温的淬火操作方法。单液淬火介质有水、盐水、碱水、油及专门配制的淬火剂等。一般情况下碳素钢淬火，合金钢淬油。


　　单液淬火操作简单，有利于实现机械化和自动化。其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量。单液淬火对碳素钢而言只适用于形状较简单的工件。


　　● 双液淬火
　　是将奥氏体化工件先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未达到该淬火介质温度之间即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。双液淬火减少变形和开裂倾向，操作不好掌握，在应用方面有一定的局限性。


　　● 马氏体分级淬火
　　是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。


　　分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。


　　● 贝氏体等温淬火
　　是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为30～60min。


　　● 复合淬火
　　将工件急冷至Ms以下获得10％～20％马氏体，然后在下贝氏体温度区等温。这种冷却方法可使较大截面地工件获得组织M+B组织。预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变，在等温时又使马氏体回火。复合淬火用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量即变形开裂倾向。


1.整槽使用新油时要注意哪些问题？
在倒入新油前必须认真检查清理好淬火油槽、冷却系统。残存的水、油泥和其它渣滓都应清理干净。在旧的油槽系统中改加新油，还应当把淬火油槽中油面以上槽壁和各种框架上的油污铲除清理干净。如果原来的油渣和污泥混入新油中，可能改变油的冷却特性。因此，清理工作应当做得比使用新油槽更彻底些。

新槽注满新油后，不宜马上用于淬火生产。淬火油在生产，运输和倾倒过程中，总会带入少量空气。金属加工热加工杂志。存在气体会降低淬火油高温阶段的冷却速度，应当加以除去。气体在油中的溶解度是随油温的升高而降低的。提高油温可以降低油的黏度而有利于气泡上浮。因此，可以用提高油温的办法来去除新油中的气体。

2.为什么淬火油要循环搅动？
良好的冷却循环可避免局部油温过高，使槽中各部分的油温趋于均匀。油的冷却循环能提高工件和淬火油之间的相对流速，从而提高油的冷却能力，避免工件表面出现软点。

油温过高时，工件下油瞬间会导致局部油温更高，有引起火灾的危险。

3.如何减少油的污染？
淬火油的污染来源包括外来污染和自身污染。

外来污染：工件淬火过程中带入的氧化皮、冷却系统泄漏的水以及从外部来的其它物质。

自身污染：在使用中不能自动排出而留在油中的氧化变质产物；再加上外来污染物与淬火油及其污染物发生反应后残存的产物。内外污染物的积累会使油的颜色、透明程度、黏度、闪点、残碳和酸值等逐渐发生变化。这种变化过程就是淬火油的变质过程。在变质造成的影响中，与工件的热处理效果关系最大的是油冷却特性的变化和工件淬火后光亮性的变差。冷却特性的变化往往会影响工件的淬火硬度、淬硬层深度和变形。摘自热处理生态圈。

防止和减小外来污染、合理使用和管理好淬火油、做定期的清理都可以减缓淬火油的变质，延长淬火油的使用寿命。

4.淬火油的换油指标是什么？
淬火油的更换是以具体老化程度而定的，而不是看用了多长时间。在使用过程中要定期取样分析，淬火油老化程度主要取决于基础油、添加剂及现场使用条件。

淬火油的一般换油指标：
（1）特性温度下降超过40℃；
（2）正常使用情况下水分超过0.1%(体积分数)。
（3）黏度上升超过15%；
（4）光亮性明显降低。

5.淬火油的进水后怎么办？
淬火油进水会影响冷却性能，尤其对低温冷速影响很大，淬火后工件可能会导致变形量过大或开裂。

对进水后的淬火油要进行高温脱水处理，把油**热到80-130℃保温搅拌一定时间，具体时间以进水量多少而定。脱水后应检测冷却性能，达到出厂要求方可正常使用，否则应加入添加剂进行调整。

6.水基淬火液如何使用？
水基淬火液兑水使用，兑水比例依实际工件及材质而定，使用温度不能超过50℃，温度过高会严重降低冷却性能，导致工件硬度达不到要求。

淬火介质的选择根据工件材质、形状和尺寸不同而有所区别。常见的问题处理如下：

1. 新油使用前需清理油槽和冷却系统，移除旧油污染。新油应排气后再使用。

2. 淬火油要循环搅动以确保油温均匀，提高冷却能力，防止发生火灾。

3. 减少油污染可以通过防止外来杂物进入和定期清理油污来实现，延长油使用寿命。

4. 淬火油换油依据老化程度，常见指标包括特性温度下降、水分超标、黏度变化和光亮性降低。

5. 进水的淬火油需高温脱水，并检测冷却性能后再用。必要时添加添加剂调整。

6. 水基淬火液要按比例兑水，注意使用温度不超过50℃，避免影响硬度。

具体的冷却方法，如单液淬火、双液淬火、分级淬火等，会根据工件要求和材料特性来选定。
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