齒輪淬火冷卻技術(shù)
shockcare.cn 格魯夫機(jī)械 2015-04-22 11:02:50
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工件裝掛方式對淬火冷卻效果也有明顯影響。淬火油流動通暢，並配備和使用好攪拌裝置，才能得到更好的效果。
這類問題可能與所選介質(zhì)冷速過快或介質(zhì)的低溫冷卻速度過高有關(guān)。解決辦法之一是改換淬火油來滿足要求。辦法之二是與淬火介質(zhì)生產(chǎn)廠家聯(lián)係，有針對地加入適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣斫档同F(xiàn)有淬火油的中低溫冷卻速度。辦法之三是改用淬透性更低的鋼種。
近，發(fā)表的關(guān)於淬火變形的文章，把引起變形的原因歸結(jié)為淬火冷卻速度不足和速度不均，並在此基礎(chǔ)上提出了提高冷卻速度並設(shè)法實(shí)現(xiàn)均勻冷卻的解決方法，可供參考［1］。比如，齒輪的內(nèi)花鍵孔變形，往往是所選的淬火油高溫冷速不足，或者說油的蒸汽膜階段過長的緣故。提高油的高溫冷速並同時提高油在整個冷卻過程的冷速，一般就能解決內(nèi)花鍵孔的變形問題。對於中小齒輪，尤其是比較精密的齒輪，選好用好等溫分級淬火油是控製變形必不可少的措施。
這個問題主要出現(xiàn)在感應(yīng)加熱淬火中。選擇好的水溶性淬火介質(zhì)，比如國內(nèi)外普遍采用的PAG類介質(zhì)代換原來使用的自來水，問題便解決了。感應(yīng)加熱淬火采用PAG介質(zhì)，可以獲得高而且均勻的淬火硬度和深而且穩(wěn)定的淬硬層，淬裂危險極小。
通常，光亮淬火油的光亮性好則冷卻速度就不夠高，而冷卻速度很高的淬火油的光亮性則不夠好。此外，熱油的光亮性一般也較差。使用較久的油光亮性稍差，可以換新油或補(bǔ)加提高光亮性的添加劑。
一些含碳量低、淬透性差且形狀簡單齒輪的調(diào)質(zhì)淬火和感應(yīng)加熱淬火，往往可以用自來水。作為淬火介質(zhì)，自來水的冷卻特性是，工件處於高溫階段時冷得很快，而到了工件處於低溫階段時冷卻得也很快。冷卻速度快可以使淬透性差和比較厚大的工件淬硬，並獲得較深的淬硬層。這是自來水的 點(diǎn)。但是，用自來水淬火有3個大缺點(diǎn)，第一是低溫冷卻太快，使多數(shù)鋼種和工件容易發(fā)生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快，比較細(xì)長與較薄的工件容易因?yàn)槿胨?a class="taglink" title="方式" href="http://shockcare.cn/index.php?ac=search&at=taglist&tagkey=%E6%96%B9%E5%BC%8F" target="_blank">方式不當(dāng)而發(fā)生淬火變形。第三，也是不少人容易忽視的缺點(diǎn)，是隨著水溫升高，淬火冷卻的蒸汽膜階段會逐漸增長，且工件處於中低溫階段時的冷卻速度也逐漸降低。由於這種原因，當(dāng)要淬火的工件比較小，又采取裝在筐中等較密集的堆放方式入水淬火時，堆在外麵的工件接觸的水溫低，而堆放在內(nèi)部的工件接觸的水溫高，從而外部的工件經(jīng)受的冷卻快，淬火後硬度高，並容易淬裂，堆放在內(nèi)部的工件經(jīng)受的冷卻慢，淬火後硬度低。工件堆放得越密集，淬火時水的流動越不通暢，這種差別就越大。使用油淬火時，油溫提高，冷卻的蒸汽膜階段稍有縮短，而油溫升高使油的粘度降低，流動性變好，有利於提高油的冷卻速度，能使堆放得較密集的工件內(nèi)外冷卻效果基本一致。應(yīng)當(dāng)說，這是用油淬火的一個 點(diǎn)。
選用自來水作為淬火液時，應(yīng)當(dāng)揚(yáng)長避短，設(shè)法控製好水的溫度。采取堆放方式淬火時，要設(shè)法使工件堆放得疏鬆一些，並通過攪動促使淬火液通暢地從工件之間流過，以減小內(nèi)外部水的溫差。
引起鋼件淬裂的主要原因是在鋼開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變(Ms點(diǎn))及在以下的溫度範(fàn)圍冷卻得過快。由於這樣的原因，研究開發(fā)水溶性淬火介質(zhì)的第一目標(biāo)就是降低水的低溫冷卻速度?？紤]到多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的Ms點(diǎn)在300℃附近，通常就以工件冷卻到300℃時水溶性淬火液的冷卻速度來表示該淬火液的冷卻特性?？梢杂?a class="taglink" title="水溶性" href="http://shockcare.cn/index.php?ac=search&at=taglist&tagkey=%E6%B0%B4%E6%BA%B6%E6%80%A7" target="_blank">水溶性淬火介質(zhì)的300℃冷卻速度來對該介質(zhì)定級［2］，以便熱處理工作者選用。簡單說，水溶性淬火液在300℃冷卻速度低，其防止工件淬裂的能力就強(qiáng)；在300℃的冷卻速度高，其淬硬能力也高，當(dāng)然工件的淬裂傾向亦大。因此，選擇水溶性淬火介質(zhì)首先應(yīng)當(dāng)了解它在300℃時的冷卻速度。同類淬火介質(zhì)品種中，得到相同的300℃冷卻速度時的濃度越低，其使用成本也就越低。
2.3普通機(jī)械油
普通機(jī)油的抗氧化能力差，使用中容易老化變質(zhì)。老化變質(zhì)的主要反映是油的粘度提高，低溫冷卻速度降低。變質(zhì)的影響是工件淬火後的硬度和硬化深度都減小，且淬火變形增大。
快速淬火油主要用於稍厚大的工件和淬透性稍低的鋼種。熱油主要用於較小型的工件和淬透性較好的鋼種。
不管是淬火油還是水溶性淬火介質(zhì)，它們在使用中都要接觸高溫工件，都會受到不同程度的汙染?？諝膺M(jìn)入介質(zhì)，介質(zhì)會被氧化。高溫可能引起有機(jī)介質(zhì)的熱分解、氧化和聚合等反應(yīng)。汙染可能使介質(zhì)的氧化和其他變化更複雜。所有這些變化及其留在介質(zhì)中的變化產(chǎn)物都會引起介質(zhì)變質(zhì)。淬火油的顏色變化、透明度變差和粘度變化等都是變質(zhì)的表現(xiàn)。我們所關(guān)心的隻有3點(diǎn)：一是變化對介質(zhì)冷卻特性的影響；二是變質(zhì)的快慢；三是用什麼辦法來了解和糾正變質(zhì)的影響，以保證獲得長期穩(wěn)定的淬火質(zhì)量。
專用淬火油在使用中的變化比較複雜，它包含所加添加劑的變化和基礎(chǔ)油的變化兩部分，是這兩方麵變化的綜合結(jié)果。不同的淬火油以及不同的使用條件，變化情況會有比較大的差別。有一點(diǎn)需要指出的是，在不受水汙染的條件下，幾乎所有的專用淬火油經(jīng)過長期使用後，低溫冷卻速度都會逐漸變慢［4］。當(dāng)使用時間更長時，工件淬火效果也會明顯變差。油的穩(wěn)定性好，變質(zhì)得慢；反之則變質(zhì)得快。
油的使用溫度越高，油變質(zhì)得越快。配備循環(huán)冷卻係統(tǒng)，使油溫穩(wěn)定在適當(dāng)範(fàn)圍，並通過槽內(nèi)的循環(huán)攪拌防止局部過熱等措施都可減慢油變質(zhì)，延長油的使用壽命。
各種介質(zhì)的變質(zhì)快慢，還有一個共同的影響因素，那就是相同時期內(nèi)，淬火工件的量(指已淬火工件的總的表麵積)越多，淬火液變質(zhì)就越嚴(yán)重。工件越小，相同重量的總表麵積就越大，淬火介質(zhì)變質(zhì)就越快。
淬火介質(zhì)的顏色、透明程度等方麵的變化可以反應(yīng)出它的變質(zhì)情況。測量淬火油的粘度、閃點(diǎn)、殘?zhí)己退嶂档鹊淖兓材艽_定變質(zhì)程度。在變質(zhì)造成的影響中，與工件的熱處理效果關(guān)係 大的是冷卻特性的變化。為了保證齒輪的淬火冷卻效果，建議對所用淬火油和其它淬火介質(zhì)作定期的冷卻特性檢測，並對介質(zhì)的冷卻特性進(jìn)行管理。一般工廠沒有必要配備冷卻特性測試儀，可以到配備了這種儀器的單位去測量。淬火介質(zhì)生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)為用戶工廠進(jìn)行這項(xiàng)檢測。測定淬火介質(zhì)的冷卻特性， 好是使用符合 標(biāo)準(zhǔn)(ISO9950)的冷卻特性儀。分析介質(zhì)的冷卻特性應(yīng)當(dāng)看介質(zhì)的冷卻速度分布情況，而不是單看 高冷卻速度值。 高冷卻速度相同，或到300℃的時間相同的介質(zhì)，因?yàn)樗鼈?a class="taglink" title="冷卻" href="http://shockcare.cn/index.php?ac=search&at=taglist&tagkey=%E5%86%B7%E5%8D%B4" target="_blank">冷卻速度分布情況不同，它們的熱處理效果可能有很大差別。
淬火油變質(zhì)後，隻靠繼續(xù)加入原來的新淬火油，一般不能使油的冷卻特性恢複到新油水平。然而，在了解了油的變化規(guī)律後，卻可以通過改性添加劑使油的冷卻特性得以恢複。
