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防止模具鋼淬火裂紋的辦法
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-06-10 | 206 次瀏覽 | 分享到:
防止模具鋼淬火裂紋的辦法——淬火介質的合理選擇
  防止模具鋼淬火裂紋的辦法——淬火介質的合理選擇
  模具鋼
  淬火介質的選擇與淬火方法密切相關。熱處理車間一般只有幾種淬火介質,由熱處理技術人員選擇。準備幾十種淬火介質是不可能的,也是不必要的。為了滿足零件淬火和不開裂的要求,技術人員應辯證地處理零件技術要求、鋼材、淬火介質、淬火方法等方面的關系,制定切實可行的淬火工藝,進行工藝驗證和工藝評定,最終確定零件的成形工藝。
  
  對于大量零件,或特別重要的零件,或過去產品質量事故頻發的零件,當改進的淬火方法能夠解決時,有必要通過大量試驗仔細確定合適的淬火介質。
  
  選擇淬火介質時,應考慮以下因素:
  
  1)零件特性:鋼的化學成分(相變特性);工件的橫截面尺寸;幾何形狀;表面粗糙度和表面狀態;淬火過程中零件的排列和密度。
  
  2)淬火方式:包括淬火槽液體溫度、攪拌速度、流向和溶液濃度。
  
  淬火介質的特點及選擇
  
  有多種淬火介質可供選擇。例如水、鹽水、油、聚合物溶液、熔融鹽、熔融金屬、氣體(包括靜態或攪拌)、噴霧、固體(通常帶有水冷夾套)等。然而,其中一些應用是有限的。
  
  (1)水
  
  水是使用最廣泛的淬火介質,可以實現更高的冷卻速度。此外,水便宜、安全且容易獲得,無需考慮污染或人身危害等保護措施。
  
  水作為淬火介質的主要缺點是馬氏體相變區的冷卻速度太高,容易造成工件嚴重變形和開裂。通常,水僅用于淬火碳鋼和形狀簡單的低淬透性銅零件。其次,由于蒸汽膜階段將會延長很長時間,隨著淬火復雜性的增加和淬火水溫的升高,蒸汽的滯留被促進,從而延長了蒸汽膜階段并導致硬度不均勻。此外,不溶性雜質、油和肥皂會顯著降低其冷卻能力。
  
  (2)鹽水
  
  用于淬火的鹽水是指具有不同鹽質量分數的水溶液(如氯化鈉或氯化鈣)。與普通水和油相比,用于淬火的鹽水具有以下優點:
  
  1)鹽水的最大冷卻能力在650-550℃之間,約為普通水的10倍;然而,在低溫區,它相當于水的冷卻速度,淬火開裂傾向小于自來水。這是因為鹽水淬火期間熱應力大于相變應力。如果熱應力較大,將在表面層上形成應力狀態,這有利于防止開裂。
  
  2)溫度要求沒有水嚴格,需要控制。
  
  3)由蒸汽泡引起的軟點沒有水嚴重。
  
  鹽水的主要缺點是腐蝕性高,因此淬火槽、泵、傳送帶和其他設備需要用涂層保護,鍍上或涂上耐腐蝕金屬,以確保其使用壽命。
  
  (3)苛性溶液
  
  ω NaOH = 5% ~ 10%水溶液,其冷卻能力與鹽水相似,并具有鹽水的一系列優點。缺點是堿性強,對人體皮膚有害。適用于淬透性差、變形和開裂傾向小的碳鋼。
  
  (4)石油
  
  淬火油可分為不同類型。根據成分、淬火效果和使用溫度,可分為普通油、快速油、等溫油或熱淬火油。
  
  普通淬火油是一些含有抗氧化劑的礦物油,但不含添加劑。該油在低溫區的淬火冷卻能力遠低于水,有利于減少變形和開裂。其缺點是在高溫區附近冷卻速度小,不能用于低淬透性碳鋼,而只能用于淬火合金鋼工件。提高油溫可以提高冷卻能力。一般控制在60 ~ 80℃。
  
  快淬油是一些混合礦物油。為了提高油的冷卻能力,在油中加入了磺酸鈉、硫酸鈉、磺酸鈣、環烷鈣和專利添加劑。在淬火和冷卻過程中,這些添加劑粘附在工件表面,成為形成蒸汽泡的顆粒,改變蒸汽膜破裂的“特征溫度”,從而提高油在高溫區域的冷卻能力。在普通淬火油中加入質量分數為2.12% ~ 5%的磺酸鈉后,在高溫區冷卻速度可提高50%。正常情況下,快淬油的冷卻能力介于水和油之間,冷卻能力比普通礦物油提高20%,變形開裂傾向小。
  
  等溫或熱油是一種用溶劑精制的礦物油,具有很高的耐熱性和抗氧化性。一般用于95 ~ 230℃等溫淬火。這種油含有抗氧化劑以提高其抗老化能力,因為它含有能顯著提高冷卻速度的添加劑,而且這種介質即使在高溫下也有相當好的淬火效果。
  
  (5)聚合物溶液
  
  自20世紀50年代中期以來,聚乙烯醇(PVA)就是一種用于水中的添加劑。這種淬火劑的冷卻能力介于水和油之間。冷卻速度可以通過改變其濃度來調節。只要溶液的濃度稍微改變,聚乙烯醇溶液的冷卻能力就可以改變。當質量分數低于0.01%時,室溫下的制冷量不同于純水。如此小的濃度變化會導致性能的巨大差異。因此,濃度控制極其重要,通常需要特殊的控制測量儀器。
  
  聚乙二醇(PAG)是一種溶解度相反的聚合物,易溶于水。當溶液的溫度上升到其濁點以上時,原來溶解的PAG會突然去溶劑化。在淬火過程中,一部分去溶劑化的PAG將附著在工件表面,形成一層含水的聚合物涂層,從而增加工件的溫度絕緣,并影響工件的淬火和冷卻特性。由于工件的熱量只能通過涂層散發,涂層會降低淬火和冷卻速度。涂層越厚,冷卻速度越慢。淬火工件的涂層可以通過改變PAG濃度來調節,從而改變工件的冷卻速度。PAG淬火介質具有很大的折射率,可以通過便攜式折射計輕松控制。
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