水是最常用的淬火介质,其冷却能力有何特点

来源:实用热处理手册作者:网络整理

    水是应用最普遍的淬火介质,水的冷却过程分为以下三个阶段:

    1)膜态沸腾阶段。当炽热的工件刚一入水,周围的水会立即被加热而汽化,在工件表面形成一层稳定的蒸汽膜,使工件与水隔开。由于蒸汽膜是热的不良导体,因而冷却缓慢,这是冷却的第一阶段,称为膜态沸腾阶段。这一阶段大约持续到奥氏体最不稳定的温度区间,其冷却速度不大,不超过200/s

    2)泡状沸腾阶段。随着工件温度的降低,蒸汽膜厚度减小,以致破裂,水与工件直接接触,水在工件表面被汽化、沸腾。由于水的汽化热很大,可以吸收大量热量,使冷却速度迅速增大,这是冷却的第二阶段,称为泡状沸腾阶段。这一区域在400℃至马氏体转变温度区之间,其平均冷速为450/s,最高可达700/s

    3)对流冷却阶段。当工件温度接近100℃时沸腾减弱。在冷却至100℃以下时,沸腾停止,依靠对流使工件继续冷却,冷却速度减慢,这是冷却的第三阶段,称为对流冷却阶段。

    水的冷却能力虽然很大,但在马氏体开始转变点附近,水处于沸腾冷却阶段,由于冷速太快,容易造成工件变形、甚至开裂,这是水作为淬火介质的最大弱点。显然,水的这种冷却特性与理想冷却曲线相差甚远。

    温度对水的冷却能力有着强烈的影响。水温升高,会形成大量气泡,使500~ 650℃区间的冷却能力急速下降,而对马氏体转变点附近的冷却速度却几乎毫无影响,因此水温升高,对淬火是非常不利的。生产中,通常将水温控制在40℃以内,在连续生产中水温一般不宜超过35℃。

    在静止的水中冷却时,由于蒸汽膜在工件表面附着的时间较长,造成冷却不足或冷却不均而产生“软点”,因此,淬火时使用循环水或使工件在水中运动,以水流破坏工件表面的蒸汽膜,可以提高高温区的冷却能力,改善工件冷却的不均匀性;同时,水的循环还可降低水的温度。用水进行喷射冷却,使蒸汽膜提前破裂,可显著提高水在较高温度区间内的换热系数和冷却速度,并有利于均匀冷却。喷水压力越高,流量越大,冷却效果越显著。

    水的清洁度对其冷却性能也有影响。当水中混有油、肥皂或溶有气体时,都会加速蒸汽膜的形成,且增加其稳定性,使冷却能力下降,淬火时工件表面容易出现软点,影响淬火质量。因此,必须注意保持淬火用水的清洁度,不得在淬火水槽中洗手,不允许将淬火油或其他杂质带入其中。为了增加水在高温区的冷却能力,通常采取搅动、循环的方法使水流动起来,以水流来破坏蒸汽膜。但用压缩空气来搅动淬火介质、使水流动的做法是不可取的,因为这样虽然加速了水的流动,但却使水中溶人了大量的空气,反而降低了水的冷却能力,容易使工件出现软点。

    水作为淬火介质,它的冷却能力较大,既经济,又容易取得,且安全、清洁、对环境无污染。适用于形状简单的碳钢和低合金结构钢工件感应淬火和火焰淬火的喷射冷却。水的冷却性能见表3-14

    3-14    水的冷却性能

水的冷却性能