鍛件進行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)(或淬火介質(zhì))。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使鍛件既能淬成馬氏體,又不致引起太大的淬火應(yīng)力。這就要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷,以減小急冷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力;在“鼻子”處冷卻速度要大于臨界冷卻速度,以保證過冷奧氏體不發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變;在“鼻子”下方,特別使Ms點一下溫度時,冷卻速度應(yīng)盡量小,以減小組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力。
常用的淬火介質(zhì)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(zhì)。來源廣、價格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì)。缺點是在C曲線的“鼻子”區(qū)(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(zhuǎn)變溫度區(qū)(300~100℃),水處于沸騰階段,冷卻太快,易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,致使鍛件變形甚至開裂。當(dāng)水溫升高,水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(zhì)(如油、肥皂、泥漿等),均會顯著降低其冷卻能力。因此水適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼鍛件的淬火冷卻。
● 鹽水和堿水
在水中加入適量的食鹽和堿,使高溫鍛件浸入該冷卻介質(zhì)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,鍛件表面的氧化皮也被炸碎,這樣可以提高介質(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力。其缺點是介質(zhì)的腐蝕性大。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(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì),使用溫度不應(yīng)超過60℃,淬火后應(yīng)及時清洗并進行防銹處理。
● 油
冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)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(yīng)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種。
高速淬火油是在高溫區(qū)冷卻速度得到提高的淬火油。獲得高速淬火油的基本途徑有兩種,一種是選取不同類型和不同黏度的礦物油,以適當(dāng)?shù)呐浔认嗷セ旌?通過提高特性溫度來提高高溫區(qū)冷卻能力;另一種是在普通淬火油中加入添加劑,在油中形成粉灰狀浮游物。添加劑游磺酸的鋇鹽、鈉鹽、鈣鹽以及磷酸鹽、硬脂酸鹽等。生產(chǎn)實踐表明,高速淬火油在過冷奧氏體不穩(wěn)定區(qū)冷卻速度明顯高于普通淬火油,而在低溫馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷速與普通淬火油相接近。這樣既可得到較高的淬透性和淬硬性,又大大減少了變形,適用于形狀復(fù)雜的合金鋼鍛件的淬火。
光亮淬火油能使鍛件在淬火后保持光亮表面。在礦物油中加入不同性質(zhì)的高分子添加物,可獲得不同冷卻速度的光亮淬火油。這些添加物的主要成分是光亮劑,其作用是將不溶解于油的老化產(chǎn)物懸浮起來,防止在鍛件上積聚和沉淀。另外,光亮淬火油添加劑中還含有抗氧化劑、表面活性劑和催冷劑等。
真空淬火油是用于真空熱處理淬火的冷卻介質(zhì)。真空淬火油必須具備低的飽和蒸汽壓,較高而穩(wěn)定的冷卻能力以及良好的光亮性和熱穩(wěn)定性,否則會影響真空熱處理的效果。
鹽浴和堿浴淬火介質(zhì)一般用在分級淬火和等溫淬火中。
● 新型淬火劑
有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
聚乙烯醇常用質(zhì)量分數(shù)為0.1%~0.3%之間的水溶液,共冷卻能力介于水和油之間。當(dāng)鍛件 淬入該溶液時,鍛件表面形成一層蒸汽膜和一層凝膠薄膜,兩層膜使加熱鍛件冷卻。進入沸騰階段后,薄膜破裂,鍛件冷卻加快,當(dāng)達到低溫時,聚乙烯醇凝膠膜復(fù)又形成,鍛件冷卻速度又下降,所以這種溶液在高、低溫區(qū)冷卻能力低,在中溫區(qū)冷卻能力高,有良好的冷卻特性。
三硝水溶液由25%硝酸鈉+20%亞硝酸鈉+20%硝酸鉀+35%水組成。在高溫(650~500℃)時由于鹽晶體析出,破還蒸汽膜形成,冷卻能力接近于水。在低溫(300~200℃)時由于濃度極高,流動性差,冷卻能力接近于油,故其可代替水-油雙介質(zhì)淬火。
