冷却设备对淬火效果的影响

淬火方式
好处。
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淬火方式
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减小工件淬火变形 有针对性地对淬火槽搅拌系统进行设计，让介
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搅拌对淬火冷却的影响
搅拌速度对淬火冷却影响的试验 郑州机械研究所利用自制的螺旋桨搅拌淬火
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热油搅拌 热油静态 冷油静态 冷油搅拌
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淬火方式
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# 种淬火条件下槽侧直线度变化
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从以上试验结果可以看出，采用热油淬火对减 小变形有明显作用，淬火时适当搅拌对轴径锥度变 化有明显的减小作用。 在齿轮生产中发现，渗碳齿轮淬火后产生的锥 度变形对随后的磨齿效率和生产成本有很大影响。 对 !!"" ##$%" ## 的 &"’()* 齿 轮 进 行 了 大 量 的 跟踪测量，对这种齿轮在热油 + 搅拌和冷油静止两 种条件下淬火进行了变形对比。结果表明，采用热 油+搅 拌 淬 火 时 对 控 制 齿 轮 锥 度 变 形 有 一 定 效 果 ， 如图 % 所示。
虽然人们想方设法改善淬火效果，但在生产设 备的配置中对淬火冷却设备却重视不够，在过去很 长一段时间内， 使用的淬火槽都非常简单， 一般只有 储存淬火介质的功能。 近年来， 随着人们对热处理质 量重视程度的提高，加深了淬火冷却对工件内在质
63 工件传输功能。 73 其他辅助功能。排烟功能有利于改善工作环
磷化膜和喷淋水的指标不合格调整前处理改善磷化膜调整排放67液调整槽液参数立即改善监督磷化膜尾门下边缘流淌转换原因和参数没有调整到最优轻微改善优化参数改善工艺细菌与0相比012抗细菌性不强电泳槽后水洗槽阳极槽都加入杀菌剂电泳和67液89值恢复正常及时检测细菌含量电泳槽和67液89值不正常跳跃变化在电泳槽和后水洗槽检测出细菌第一步放液
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境， 可利用抽风装置或一侧吹风另一侧抽风排烟。 辅 助灭火功能， 可利用惰性气体限制油面起火。 本文主要讨论淬火槽的搅拌功能对淬火冷却的 影响。
汽车工艺与材料
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陈
岩等： 冷却设备对淬火效果的影响
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淬火槽搅拌功能的主要作用
改变淬火介质的淬火烈度 通过搅拌能够在一定程度上提高介质的淬火烈
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下的有效硬化层深度进行了测定，测定结果如图 $ 和表 % 所示。 可以看出， 搅拌使有效硬化层深度得到 显著提高。
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度 !， 如表 ! 所示。因此， 在使用搅拌功能时首先要 判断淬火介质的淬火烈度是不足、 合适还是过剩， 否 则搅拌可能带来不良后果。
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渗碳试样在不同淬火条件下的硬度梯度
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提高淬火工件的有效硬化层深度 由于搅拌提高了介质的淬火烈度， 因而使工件冷
渗碳试样在不同淬火条件下的有效硬化层深度 热油 （0" 1 ） 热油 （0" 1 ） 冷油 （!# 1 ） 搅拌 静态 静态
淬火冷却方式 有效硬化层深
却速度加快， 使表层在更深区域内获得马氏体组织。
1 淬火效果影响因素及淬火设备的主要功能
由于淬火产生的热应力和组织应力而引起的工 件变形和开裂一直是生产中最关注的问题。影响淬 火的因素很多， 如材料、 工件的结构及尺寸、 淬火工 艺方法、 淬火介质、 淬火冷却设备等。在材料不变的 情况下，人们通过改变淬火介质和调整淬火工艺来 解决生产中的问题，因而出现了各种淬火介质及行 之有效的淬火工艺方法， 如表 %。
表1 分类方法 冷却方式 加热温度 淬火部位 加热速度 淬火介质 常见淬火冷却方法 淬火方法 直接淬火、 预冷淬火、 分级淬火、 等温淬火、 浅冷 淬火、 超低温淬火、 单液淬火、 双液淬火、 三液淬 火、 喷雾淬火、 压缩空气淬火等 完全淬火、 不完全淬火、 亚温淬火、 循环加热淬 火 整体淬火、 局部淬火、 表面淬火 普通淬火、 快速加热淬火、 超快速加热淬火 水淬、 油淬、 水溶性介质 （有机物、 无机物） 淬火、 盐浴淬火
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不同淬火条件下的淬火变形试验 郑州机械研究所进行了淬火冷却条件对淬火变
自然上浮，使整个油池形成从下到上温度逐渐升高 的温度场，表面高温油与空气接触发生燃烧的可能 性增加， 于安全生产极为不利。 搅拌能使油池温度均 匀， 提高生产安全性。
形影响的试验，变形试样如图 ! 所示。试样材料为 经渗碳处理 ， 表 面 碳 浓 度 为 "-.! ， 渗层 $#&’)*(+,， 深度为 $-# //， 0#" 12% 3 高温回火后以热油（0"4 热油 （0"4# 1 ） 静止、 冷油 （!"6!# 1 ） 静 # 1） 5 搅拌、 止、 冷油 （!"6!# 1） 5搅拌 % 种冷却条件进行淬火。% 种淬火条件下试样轴径锥度、外径母线度及槽侧直 线度的变化情况如图 (6图 # 。
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外径锥度变化 2 "# 热油搅拌 冷油静态
蒸汽膜与核沸腾阶段转折点温度， "#% 为对流阶段开始温度。
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讨论
人们采用各种方法进行淬火。 其目的： 一是提高
介质的淬火烈度以躲避 ’ 曲线的鼻尖； 二是减少工 件的淬火变形和开裂。 在实际生产中， 要求既要提高 介质的淬火烈度又要减小工件的淬火变形。在单液 中进行普通淬火，高淬火烈度和小淬火变形是相矛 盾的， 介质的淬火烈度越大， 工件的淬火变形一般也 越大。 因此， 人们使用了双液淬火、 三液淬火等方法， 利用不同淬火介质的组合来达到上述目的。理论上 讲这种方法很好， 实用中也非常有效， 但生产中的人 工操作对淬火效果影响很大，严重影响了质量的稳 定性，另外淬火液之间的带入问题严重影响淬火液 的工艺稳定性和使用寿命，因此这种方法在实际应 用中受到一定限制。 喷雾 （喷液） 淬火方法较好解决了淬火烈度和淬 火变形的矛盾，在大型铸锻件的热处理中得到了成 功应用。这种方法能够通过改变气液两相喷射的压 力和流量改变淬火过程中不同阶段的淬火烈度， 既 保证了工件获得足够的冷却速度又减小了淬火变 形。 事实上， 人们设计各种淬火介质就是想方设法调 整介质在不同冷却阶段的冷却特性，具体表现为各 特征点的数值， 如最高冷却速度及出现的温度， 蒸汽 膜与核沸腾转折点温度，核沸腾与对流阶段的转折 点温度以及 0"" 1时的冷却速度等。 可见， 要想获得
表! 各种介质淬火烈度 ! 与流动速度的关系 油 水 流动状态 不搅动 轻微搅动 中等速度搅动 良好搅动 强烈搅动
8 热油搅拌 & 热油静态 9 冷油静态
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量和生产成本影响的认识， 相应地， 淬火冷却设备也 有了很大发展，赋予了淬火槽更多的实用功能。目 前， 一般淬火设备的主要功能如下。 —具有一定容积、 与工 23 储存淬火介质功能—— 件尺寸和加热炉相匹配的有效淬火区。 —使工件冷却均匀或根据具体要 43 搅拌功能—— 求调整工件不同部位的冷却速度。常用的搅拌方式 有利用吊车上下串动或晃动、 通入压缩空气搅动、 利 用循环泵射流搅拌、 采用螺旋桨搅拌、 超声波搅拌以 及利用机械振动或传输带行走达到搅拌目的等。 —加热功能和冷却功能。常 53 温度控制功能—— 用的加热方法有电加热器、 燃料加热辐射管、 槽体外 部加热、 蒸汽加热管、 炽热金属块浸入介质加热等。 常用的冷却方法有自然冷却、 搅拌介质加快冷却、 通 压缩空气冷却、 水冷套冷却、 蛇形管冷却和换热器冷 却等。
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注：介质为普通淬火油， #$ 为 !""?%"" 1 平均冷速， "!% 为
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提高淬火介质利用率 搅拌使淬火介质全部参与淬火冷却的换热过
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由此推断， 在渗碳淬火生产中， 合理利用搅拌的 作用可以适当缩短渗碳周期， 这对提高生产率、 降低 成本十分有利。
程， 工件附近的热介质不断快速更新， 可在一定程度 上延缓介质老化。
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降低介质表面温度 对于油性淬火介质，不搅拌淬火形成的热油会
岩等： 冷却设备对淬火效果的影响
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热油搅拌 热油静态 冷油静态 冷油搅拌
使在较低的搅拌速度下， 0"" 1 时 的 冷 速 也 比 静 止 时快得多。 可见， 在淬火临近结束前的阶段对介质进 行搅拌可能导致工件变形增大。当搅拌速度提高到 一定程度时， 最高冷速反而显著降低， 而 0"" 1 时的 冷速有所下降但仍维持在较高水平，因此采用该速 度进行搅拌对增加淬火马氏体量和减小变形都没有
汽车工艺与材料 ・ 实用技术 ・
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文章编号： （$##" ） %##&’((%) %#’##$*’#!
冷却设备对淬火效果的影响
陈 岩， 顾 敏
（郑州机械研究所， 河南 郑州 !"##"$ ） 摘要： 对淬火冷却设备应具备的主要功能进行了说明， 重点对搅拌在淬火冷却中的作用进行了阐述。分别介绍了几 个搅拌影响淬火冷却效果的试验结果： 搅拌速度对普通淬火油淬火烈度的影响、 不同淬火条件的淬火变形对比、 搅 拌速度对淬火油冷却特性的影响等。建议使用搅拌速度可调的淬火设备， 通过调节搅拌速度使冷却过程不同阶段获 得不同的淬火烈度， 从而达到减小淬火变形的目的。 关键词： 冷却设备；淬火；影响 中图分类号： +,%""-&.% 文献标识码： /
槽，对不同搅拌速度下普通淬火油淬火烈度 ! 进行 了测定，淬火烈度用格罗斯曼图法进行计算，采用
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变形试样
试验结果表明， 改变螺旋桨 %"&’ 制作淬火烈度试样。 转速能够显著改变淬火油的淬火烈度， 如表 ( 所示。
表$ 不同搅拌速度下淬火油的淬火烈度 ! 搅拌速度 （# $A# !A# (A# %） ・ =’ /*B