淬火爐的淬火方法分類可按不同的方式進(jìn)行分類,如:按冷卻方式分為噴液淬火、噴霧冷卻淬火、熱浴淬火、自冷淬火、模壓淬火和預(yù)冷淬火;按淬火介質(zhì)分為水冷淬火、鹽水淬火、油冷淬火、空冷淬火、風(fēng)冷淬火、氣冷淬火、水溶性聚合物水溶液淬火和雙介質(zhì)淬火;按淬火后獲得組織分為分級淬火、等溫淬火和亞溫淬火等。
常用淬火方法主要有以下幾種概述:
(1)單液淬火將奧氏體化后的工件放入單一淬火介質(zhì)中冷卻的淬火方法,稱為單液淬火。水冷淬火、鹽水淬火、油冷淬火、水溶性聚合物水溶液淬火均屬于單液淬火。單液淬火的淬火介質(zhì)一般為:碳鋼淬火用水或水溶性聚合物水溶液,合金鋼用油淬,有效厚度小于5mm或硬度要求不高的碳鋼也可在油中冷卻。冷卻時間的計算方法是:水中2~3mm/s,20~ 80℃的油中2~3mm/min。
(2)雙介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火是將工件加熱至奧化體化后,先淬入冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中,在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻的淬火方法。加熱至奧化體化的工件在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻,快速繞過奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的“鼻尖”,以抑制奧氏體的分解,在冷到400℃~Ms點(diǎn)區(qū)間時,迅速移人另一種冷卻速度較慢的淬火介質(zhì)中,使奧氏體在緩慢的冷卻過程中完成馬氏體轉(zhuǎn)變。雙介質(zhì)淬火可以在保證工件淬硬的同時,有效地減小畸變和防止開裂。比較常用的是水(或鹽水)-油、水(或鹽水)-空氣雙介質(zhì)淬火。
(3)分級淬火。也稱馬氏體分級淬火,是把工件加熱奧氏體化后,浸入溫度稍高于或稍低于Ms點(diǎn)的熱浴中保持適當(dāng)時間,待工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后,取出空冷,以獲得馬氏體的淬火方法。分級淬火對于減小畸變和防止開裂,比雙介質(zhì)淬火更有效。
分級淬火的關(guān)鍵是分級鹽浴的冷卻速度一定要大于臨界冷卻速度,并能使零件保證獲得足夠的淬硬層深度。不同鋼種在分級淬火時,其臨界直徑不同,但都比水淬和油淬的要小。因此,分級淬火不適用于大截面碳素鋼和低合金鋼工件的淬火。
1)分級淬火加熱溫度。可比正常淬火加熱溫度提高10~20℃,以增加奧氏體的穩(wěn)定性,防止其分解為珠光體。
2)分級溫度。對于淬透性高的合金鋼,其分級溫度可選擇比Ms點(diǎn)稍高的溫度(Ms+10~30℃),以減小淬火應(yīng)力。對于要求淬火硬度較高、淬硬層較深的工件應(yīng)選用較低的分級溫度;截面較大的工件分級溫度應(yīng)取下限;形狀復(fù)雜、畸變要求較嚴(yán)格的小型工件應(yīng)取分級溫度的上限。
3)分級時間??捎靡韵陆?jīng)驗(yàn)公式估算分級時間(s):
分級時間=30+5D
式中D-工件有效厚度(mm)。
截面較小工件的分級時間一般為1~5min。
4)分級淬火冷卻介質(zhì)概述。分級淬火冷卻介質(zhì)一般為堿浴或鹽浴,常用堿浴和鹽浴
對于形狀復(fù)雜、畸變要求嚴(yán)格的高合金工具鋼,可采用多次分級淬火,如二次分級淬火或三次分級淬火。分級溫度應(yīng)盡量選擇在過冷奧氏體穩(wěn)定性較大的溫度區(qū)間,以防止發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變。
(4)等溫淬火概述。也稱貝氏體等溫淬火,將奧氏體化后的工件淬入溫度稍高于Ms點(diǎn)的熱浴中,保持足夠的時間,使奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w,然后在空氣中冷卻,這種淬火方法叫做等溫淬火。它與分級淬火的不同之處在于,等溫淬火在稍高于Ms點(diǎn)的熱浴中保持時間足夠長,直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w;而分級淬火時,在熱浴中保持時間僅使其過冷到與熱浴溫度相同的溫度而已,組織轉(zhuǎn)變是在空氣中進(jìn)行的。工件經(jīng)等溫淬火后不但可獲得較高的硬度(共析鋼的硬度約為56~58HRC),還能保持很高的韌性。
1)淬火加熱溫度。等溫淬火的加熱溫度與普通淬火相同。尺寸較大的工件可適當(dāng)提高加熱溫度,淬透性較差的碳鋼和低合金鋼也可適當(dāng)提高加熱溫度。
2)等溫溫度。等溫溫度一般為Ms+0~30℃,尺寸較大的工件等溫溫度應(yīng)取下限,也可將工件淬人溫度較低的分級鹽浴中保持較短時間,然后轉(zhuǎn)入等溫鹽浴中。
3)等溫時間。等溫時間(τ)由下式計算:
τ=τ1+τ2+τ3
式中τ1-工件從淬火溫度冷卻到鹽浴溫度所需時間;
τ2-均溫時間;
τ3-從等溫轉(zhuǎn)變圖上查出來的轉(zhuǎn)變所需要的時間。
4)冷卻。等溫后一般在空氣中冷卻,以減少淬火應(yīng)力。
等溫淬火極大地減小了畸變和開裂傾向,工件淬火后具有較高的塑性和韌性。
(5)預(yù)冷淬火。預(yù)冷淬火是將奧氏體化的工件先在空氣中或其他緩冷介質(zhì)中預(yù)冷到稍高于Ar1或Ar3的溫度,然后再用較快的淬火介質(zhì)冷卻的淬火方法。與直接淬火相比,預(yù)冷淬火降低了工件淬入介質(zhì)時的溫度,減小了熱應(yīng)力,從而減小了畸變和開裂傾向。在技術(shù)條件許可的情況下,允許危險部位(薄壁、棱角、孔邊等)產(chǎn)生部分非馬氏體組織,然后再整體淬火。
(6)亞溫淬火。亞共析鋼制工件加熱到Ac1~Ac3溫度區(qū)間,淬火后獲得馬氏體和鐵素體組織的淬火工藝,稱為亞溫淬火。由于這一區(qū)間為奧氏體加鐵素體兩相區(qū),加熱溫度較低,所以奧氏體晶粒度很細(xì),并有少量游離分散的鐵素體。鐵素體的存在,使磷等有害雜質(zhì)集中于少量游離分散的鐵素體晶粒中,可提高鋼的韌性,降低臨界脆化溫度,抑制回火脆性。鋼中碳含量越低,亞溫淬火效果越明顯。
正確地選擇淬火方法,既能保證工件達(dá)到技術(shù)要求,又能較大限度地減少畸變和防止開裂,是保證淬火質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。淬火方法的選擇,應(yīng)根據(jù)工件的材料、形狀、大小、技術(shù)要求、淬火介質(zhì)的種類和溫度、操作技能等因素,綜合考慮后確定。單液淬火的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便,有利于實(shí)現(xiàn)自動化,適用于低、中碳鋼及低碳、低合金鋼工件;缺點(diǎn)是水淬的工件容易引起畸變和開裂。雙介質(zhì)淬火適用于中、高碳合金鋼及尺寸較大的工件的淬火,但要求操作者能熟練掌握水中停留的時間。分級淬火適用于形狀復(fù)雜、畸變要求嚴(yán)格、截面較小的高碳工具鋼及合金工具鋼的工具及模具等。等溫淬火適用于形狀復(fù)雜、尺寸不大、硬度較高、變形很小的中高合金工具鋼模具。預(yù)冷淬火適用于截面變化較大或形狀復(fù)雜易淬裂的工件及合金鋼模具的淬火,但要求操作者能正確確定預(yù)冷時間。亞溫淬火適用于低、中碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的淬火。