淬火技術的過去、現在和將來

zhoujunjie

人們知道淬火 技藝已有幾千年了，人們對淬火 覺 得 神秘也有幾千年了。二十世紀以前 淬火還是在空氣中、水中和動物油或 植物油中進行的原始操作，二十世紀初期，對硬化或 淬火 的認識才定型化。
    1914年出版的一本書中談到“要能成功的淬硬，需研究各種淬火工件 、設計及要求 的 硬度”。隨著對硬化的 認識，人們普遍采用了以礦物油為基 的 淬火 油。雖然現在對采用礦物油 作淬火 油好象已是很自然的 事情，這對保證淬火 工藝中得到穩定的金相結果來說，確是一 個 有重要意義的事情。動物油和植物油性能變壞很 快 ，有時只幾天，而礦物油為基 的 淬火 介 質 可穩定長期使用數月至許多年。我們應該牢記當時的背景：用油來淬火 處理含有較高的 合 金 元素的鋼，而水是用來處理普通碳素鋼的。
    早期的研究者已清楚在淬火 過 程 中存在著不同階段，雖然在不同階段的叫法和今天有所 不同，但對每一階段 發生些什么至少在1923年 已有了基 本的 了解。記 錄冷卻速度或 冷卻曲線 的嘗試在過去已有文件記載 ，一個11磅重、用10，45鋼做的心部放有熱電偶的試棒被加 熱和冷卻，溫度的變化用毫伏計測 定，時間用秒表測定。
: V" E+ ]" C+ D7 r, I+ [- [    今天，用于測定和分析淬火 液冷卻性能的設備和技術復雜和精致得多了。采用優異的合 金 ，功能強大的電子硬件和專用的軟件，研究人員能夠分 析一個 淬火 液或 淬火 系統的冷卻功 能和效果，復雜和精致的程度可達到這樣的程度，即預測經某一特定淬火 介 質液處理后的合金 物理性能。
    無論測試設備的功能如何強大，我們今天所測定的淬火 階段 （叫 作淬火 冷卻的三個階 段 ），是和早期的研究者所觀察到的相同的 。淬火 冷卻階段的研究對淬火 處理來說是最基 本 的。現回顧一下，對進一步討論淬火 問題有幫助。
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    淬火冷卻的第一階段 是蒸汽膜。蒸汽膜階段，由熱工件浸入淬火液時開始，工件被淬火液的蒸汽所包圍，冷卻相對較慢，熱量經蒸汽膜輻射和傳導散出。隨著工件的冷卻，蒸汽膜無法維持，蒸汽膜破裂，進入沸騰冷卻階段，淬火液和工件的表面接觸并沸騰，工件熱量迅速的由蒸發吸熱帶走。當工件冷卻至低于淬火 液的沸點時，沸騰階段停止， 對流冷卻階段開始。對流冷卻階段或淬火冷卻的第三階段，也是冷卻較慢的階段，工件的熱量通過淬火液的對流帶走。
    對很多淬火液而言，對流階段發生的溫度相應于很多合金鋼由奧氏體向馬氏體轉變的溫度，因此對流階段對控制和減少淬火變形是一個很重要的階段。
1 _4 [$ j# h" V7 z    所有的液體淬火介質都有三個階段，但不同的淬火介質，從淬火機理來說，會有不同的階段點。除淬火 液本身，其它參數或 因素也影響淬火 各階段 的 冷卻特性。攪拌對蒸汽膜 階段的影響最大，它把包圍在工件周圍的蒸汽驅散。攪拌對沸騰階段的影響很輕，因沸騰階段本身已存在強烈的擾動。攪拌對對流階段的影響比對蒸汽膜階段的影響小得多，但比 它對沸騰階 段 的 影響大。雖然冷卻曲線分析不一定覺 察 到攪 動對 對 流階段的影響，實際經驗顯示改變對 流階段 的 攪 拌 可 減 小變形。
     淬火液的溫度對淬火 三個階段的影響視所用的淬火 液而不同，水基 淬火 液，槽溫增加 時，蒸汽膜階段不斷 延長，這是水的自然性能枛枛當溫度接近沸點會 產 生蒸汽（水蒸汽）。槽 溫 對 沸 騰階段和對流階段的影響不顯著。因此當水基 淬火 液的溫度提高時，淬火 液總的冷卻 速度降低。
     油基 淬火液剛好相反，液溫有相反的影響。油加熱時，粘度成比例的下降，粘度的下降 使淬火 液自然流動，機 械攪動更方便，增加了自然和機 械紊流，使蒸汽膜階段中止。槽溫的改 變 對 淬火 油沸騰階段（一個 本來已劇烈的過程）影響不大。槽溫增加時，淬火 油對流階段的 冷速變慢，這種影響是有利的，因由奧氏體向馬氏體轉變時，較低的冷速，一般會 減 少變形和開 裂的傾向。總的來說，當淬火 油溫度提高時，總 的 冷卻速度增加。
     前面所討論的是淬火 過 程 中發生的現象和機 理，淬火 液的組成或 配方是放在第二位的 。然而 淬火介質本身對整個淬硬處理來說是非常重要的。三十年代后期四十年代初期，隨著第 二 次世界大戰發生的二件事，迫使淬火 油發生了改變。這二件事是：一、合 金 元素的短缺；二 、對具有高 物理性能部件的需求, 如更高的沖擊強度等。為克服這些障礙, 淬火 油必須“更快敗£
      多 年來，熱處理工件者有一個 做 法，在水淬火 槽 中加進鹽類，來使水淬得更快或 至少 更 均 勻，相同的原理也能用于淬火 油。淬火 介 質的研究者們在那時期開始試驗各種有機 金 屬 和 樹脂，將這些材料加入到基 礎油中，得到了肯定的結果，“現代”快速淬火 油的時期開始了 。
    這些材料或 添加劑往往被稱 為“潤濕劑”。關于它們對淬火 介 質冷卻性能的影響理論 也產生了。樹脂或 有機 金 屬溶于油中，當工件浸入時，即和熱的工件接觸，同時開始了蒸汽膜 階段，但樹脂或 有機 金 屬的晶粒仍存在于表面，這些晶粒隨帶有以分子大小計的油，這些油過 熱劇烈爆炸，破壞了蒸汽膜階段，并加速了沸騰階段的到來。潤濕劑的添加也使得淬火 作用更 均 勻 ，再結合蒸汽膜階段的縮短，工件淬不硬、局部軟點和變形等問題能得以解決或 減 少。
7 C0 }( S4 ?3 W    自現代淬火 時期開始以來，對更專用淬火 液的需求一直繼續著。需要介質用以硬化 鋼 和 鑄鐵、鋁合金固溶處理枛枛無變形的同時得到最高的機械性能。40年代后期，等溫淬火 油用 于取代鹽浴 ，今 天等溫淬火 油的使用在增加，從接近最終成形尺寸的處理件，減少機 械加工中 工業界節省成本得到了好處。結合世界范圍內對提高質量的驅使，促使工業界和淬火介質研究人員研究和發展改進產品和工藝。
( m6 y: C2 C5 E6 Q. }, }    現代淬火 時期的另一發展是水基聚合物淬火液。最先在50年代引入，這些 產 品填 補了 不斷增長的表面感應淬火 硬化、火 焰加熱硬化的 工藝需要。聚合物提供的淬火 性能填補了水 和 最 高 速淬火 油淬火性能之間的空間。在60年代，這項技術隨著乙二醇 基 淬火 液的引入，用 于替代淬火油而得到了改進。70年代初期，幾個因素肯定的影響了聚合物淬火液的使用和發展 ：對工廠和自然環境日益增長的關心、以及對工人安全的關心，迫使很多工業采用聚合物淬火液 。在1973年和1974年石油短缺，和隨之而來的淬火油價格的上升，給了工業界必要的推動， 開始使用聚合物淬火 液。
" S/ A, n3 s: h4 R, R5 s" T) t9 w    今天有很多不同種類的聚合物淬火 液用于金屬的熱處理，其中很多是針對滿足特定工業 需要的專門產品。聚合物淬火 介 質的研究者可由幾種化學品家族中選用原料來試 驗和發展聚合 物淬火 液。對這些材料的理解和知識發展到這樣的境地，使聚合物的分子 能加工成使其可提 供特定的性能：淬火 性能及其它，以滿足特定使用的要求。
, A3 Z+ U2 x9 U+ l1 X; Z     展望將來，淬火 介 質的將來將如何？答案存在于政府的規定、可得到的資源、環境、工 業需要和很多其它領域。

amu3k

可惜 近30年來的淬火 工藝基本沒講到，不知是沒新的還是保密中

yzxhdingchao

好東西，長見識了。。。

cjlcjlcjlcjl

支持樓主，好東西要分享

raymondable

謝謝樓主的分享，學習了！

_厚德載物

中國人熱處理方面落后很多啊。熱處理專業的工程師們任重而道遠啊。

洛陽落葉

中國人熱處理方面落后很多啊。熱處理專業的工程師們任重而道遠啊
是呀，熱處理是最關鍵的工序

未婚灰太狼

熱處理設備跟不上工藝呀，