四、调节冷却速度带的基本措施
从前面的讨论中可以看出,解决变形问题的途径,实质上是针对具体情况,应用一些能调节冷却速度带的措施,以实现工件冷却速度带的移动和收缩,使其完全进入第Ⅱ冷速区。在热处理生产中,可以采取的基本措施大致有:改变淬火加热温度,改变工件局部冷却状况,改变淬火介质的温度、浓度和流动情况,改换淬火介质,以及适应钢材化学成分和质量波动情况,直至改换钢种和改变工件外形设计等几类。在生产中根据具体情况灵活应用其中的一类或几类方法,通常可解决本文所指的淬火变形问题。以下对各类基本措施分别加以说明。
1.改变淬火加热温度
当工件的冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区时,适当降低工件的淬火加热温度,可以使工件的冷却速度带的左端向右方发生一定量的收缩。这类措施中也包括局部降温后淬火。当工件的冷却速度带伸入第Ⅲ冷速区时,适当提高整个工件或工件上局部区域的淬火加热温度,可以使其冷却速度带的右端向左做一定量收缩。如果原来的淬火加热保温不足,则延长保温时间,也有同样效果。
2.淬火冷却介质上的变换
从淬火介质上想办法,以求减小工件的淬火变形,早已为热处理现场采用。本文采取的办法与习惯办法之不同,主要在两点上。第一,本文改变淬火介质使用状况或改换淬火介质品种等办法,是以前面建立的原则和方法为指导来进行的。第二,过去习惯的做法,调整淬火介质及使用状况的目标,往往限于降低淬火冷却速度,以求降低淬火冷却过程的内应力。而本文的方法,是按工件冷却速度带的跨区情况而定的,既有以降低淬火中的应力为目标的降低淬火冷却速度的措施,更有提高淬火冷却速度的措施。事实上,工件的淬火变形,大多是工件上参与变形部位的冷却速度不足即进入了第Ⅲ冷速区引起的,因而需要以提高冷却速度的办法来解决这类工件的淬火变形问题。采用这种措施提高的是工件相对于淬火介质的冷却速度,即对外的冷却速度,而在工件内部参与变形部位之间却因全部进入第Ⅱ冷速区而使相对差异减小,所以最终能减小工件的内应力,从而减小淬火变形。
在可以采用的淬火介质中,自来水冷却太快,会使许多钢种淬裂并发生淬火变形。遇到这种情况,改换成机油,淬火冷速大大降低,通常可以防止这类淬裂及变形。这是众所周知的办法。由于自来水与机油的冷却速度相差很大,不少钢件在水中淬裂、变形,而在机油中却淬不硬且发生变形。
在自来水中加入适量水溶性淬火剂,可以在一定程度上降低自来水的冷却速度。而以矿物油(机油)为基础做添加配成的淬火油,又可以使油的冷速增大。这些都为控制淬火变形提供了条件。
有些水溶性淬火剂可以通过调节浓度来改变水溶液的冷却速度。以PAG淬火液为例,15%时的300℃冷速约为20℃/s,相当于某些超速淬火油。而浓度为9%时的300℃冷速约为50℃/s,相当于饱和氯化钙水溶液。而当浓度降低至5~7%时,300℃冷速增大至70~80℃/s,就与所谓的三氯或三硝淬火液相当了。于是,可以通过提高淬火液浓度使工件的冷速带向右移,也可以通过降低淬火液浓度来使工件的冷速带向左移。本文图2所举的淬火变形例,其产生淬火变形的原因是工件冷却速度带的右端伸入了第Ⅲ冷速区。具体的说,当进行水淬时,该工件的两端冷得快而避开了其过冷奥氏体冷却转变的"鼻尖"位置,随后在油中继续冷却时转变成了马氏体。但是,筒体内面近中间部位在水淬中尚未冷到"鼻尖"位置对应的温度,因此,在随后的油冷中产生了相当量的非马氏体组织。解决这一淬火变形的办法,是改用6%的PAG淬火液做单液淬火,一冷到底,且在淬火冷却中使淬火液做适当循环流动,以提高筒体内部的冷却速度。这一解决办法,实现的是使冷却
