上海淬火冷卻介質(zhì)及水的冷卻特性
發(fā)布時(shí)間：2012-6-5 11:12:18
水的物理化學(xué)特性
水是自然界中物理化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的物質(zhì)，資源豐富，價(jià)格低廉，是上海淬火工藝中應(yīng)用最廣泛的上海淬火冷卻介質(zhì)。水的汽化熱很大，在0℃時(shí)為2508kJ/kg,100℃時(shí)為2263kJ/kg，這就決定了在沸騰冷卻階段，水具有很強(qiáng)的冷卻能力。水的熱容量很大，15℃時(shí)為4.2kJ/kg·℃。由于水的黏度低、流動(dòng)性好、熱容量又大，所以，導(dǎo)熱對(duì)流冷卻階段冷速較快，這是水作為上海淬火冷卻介質(zhì)的優(yōu)勢(shì)所在。
水的冷卻特性
采用Φ20mm銀球作為探頭，加熱800℃后，投入靜止水或循環(huán)水中冷卻，測(cè)定的冷卻特性曲線是不同的。
①20℃靜止的水的冷卻特性溫度約為380℃，從800~380℃為蒸汽膜階段，平均冷速約為180℃/s。380～100℃為沸騰階段，平均冷速約為200℃／s。
②與油相比，水作為上海淬火冷卻介質(zhì)的冷卻速度較大。在600℃時(shí)，水的冷速為油的6倍，而在200℃時(shí)，為油的28倍。
③水的冷卻特性溫度低(380℃)，三個(gè)階段的溫度與鋼材的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線不吻合。碳素鋼的過冷奧氏體的最不穩(wěn)定區(qū)域在650~500℃，這時(shí)，水正處在蒸汽膜階段，冷卻速度并不是很快，截面尺寸較大的碳鋼水淬表面硬度不足或淬硬層過薄的原因就在于此。對(duì)于馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域(300~200℃)，水的冷卻速度極大，因而對(duì)形狀復(fù)雜的工件易造成開裂而報(bào)廢。目前市場(chǎng)上，常用PAG淬火液作為上海淬火介質(zhì)，進(jìn)行淬火。
④水溫對(duì)水的冷卻能力影響很大，水溫升高，冷卻能力急劇下降，特別是在高溫區(qū)水作為上海淬火冷卻介質(zhì)。另外，水溫升高，特性溫度明顯下降，這使最大冷卻速度向低溫移動(dòng)。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制淬火水槽的溫度，采取措施，使水溫控制在40℃以下，但是，對(duì)同一工件，特別是有較細(xì)的通孔、盲孔、內(nèi)角等部件，因蒸汽的移出和水的流動(dòng)受到限制，致使這些部位的區(qū)域水溫升高，降低了淬火質(zhì)量，可采用工件運(yùn)動(dòng)或水流動(dòng)等方法予以改善。
⑤工件在水中運(yùn)動(dòng)或者水循環(huán)，可使蒸汽膜早期破壞而進(jìn)入沸騰快冷階段，可以有效地提高工件在高溫階段的冷卻速度，并可改善冷卻的均勻性。對(duì)于20℃水來說，循環(huán)水可從靜止水的平均冷速180℃/s提高到360℃／s，并使特性溫度和最大冷速有所提高。
應(yīng)指出，水中含有較多的氣體或不溶或微溶的物質(zhì)，都會(huì)引起水冷卻能力的降低。因?yàn)樗械臍怏w和這些外來質(zhì)點(diǎn)能作為形成蒸汽的核心，加速蒸汽膜的形成且增加膜的穩(wěn)定性，淬火時(shí)易形成軟點(diǎn)。水中溶人鹽、堿等可溶性物質(zhì)時(shí)，其冷卻能力會(huì)有所提高。還應(yīng)指出，各地區(qū)的水質(zhì)有所不同，對(duì)冷卻能力也有影響。總之，水作為上海淬火冷卻介質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)很突出，缺點(diǎn)也很嚴(yán)重。
工件的質(zhì)量和尺寸對(duì)水淬冷卻曲線的影響
不同質(zhì)量（重量）和尺寸水淬后距表面不同深度的冷卻曲線是不相同的。工件尺寸越大，質(zhì)量越重，距表面不同尺寸處的冷卻越慢（溫度越高）。
本文參考《淬火冷卻技術(shù)及淬火介質(zhì)》一書。
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