1.淬火后硬度不足、淬火態(tài)硬度不均、淬火硬化深度不夠;
2.淬火后心部硬度過(guò)高;
3.淬火變形超差;
4.淬火開(kāi)裂;
5.油淬后表面光亮度不夠。
工廠出現(xiàn)的這類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題往往與齒輪的材質(zhì)、前處理、淬火加熱和淬火冷卻有關(guān)。在排除材質(zhì)、前處理和加熱中的問(wèn)題后,淬火介質(zhì)及相關(guān)技術(shù)的作用就特別突出了。事實(shí)上,近年來(lái)國(guó)外對(duì)淬火冷卻的研究也證明,在改進(jìn)和提高熱處理質(zhì)量的工作中,最值得注意的正是淬火冷卻。
淬火冷卻大多是在液體介質(zhì)中進(jìn)行的。齒輪淬火用的通常是淬火油、水溶性淬火介質(zhì)和自來(lái)水。因此,下面將首先分析齒輪淬火冷卻可能出現(xiàn)的以上質(zhì)量問(wèn)題與所用淬火介質(zhì)的特性和用法的關(guān)系,并指出解決不同問(wèn)題所需淬火液的冷卻速度分布特點(diǎn)。隨后簡(jiǎn)單介紹常用淬火介質(zhì)的冷卻速度分布特點(diǎn)和選用時(shí)的注意事項(xiàng)。
1、硬度不足與硬化深度不夠
淬火冷卻速度偏低是造成齒輪淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不夠的原因,但是,根據(jù)實(shí)際淬火齒輪的材質(zhì)、形狀大小和熱處理要求不同,又可以分為高溫階段冷速不足、中低溫階段冷速不足以及低溫階段冷速不足等不同情況。比如。對(duì)于中小齒輪,淬火硬度不足往往是中高溫階段冷速不足所致,而模數(shù)大的齒輪要求較深淬硬層時(shí),提高低溫冷卻速度就非常必要了。
對(duì)于淬火用油,一般說(shuō),油的蒸氣膜階段短、中溫冷速快、且低溫冷卻速度快,往往能獲得高而且均勻的淬火硬度和足夠的淬硬深度。
工件裝掛方式對(duì)淬火冷卻效果也有明顯影響。要使淬火油流動(dòng)通暢,并配備和使用好攪拌裝置,才能得到更好的效果。
提高所用淬火介質(zhì)的低溫冷卻速度,往往可以增大淬硬層深度。在滲層碳濃度分布相同的情況下,采用低溫冷卻速度更高的淬火油,往往獲得更深的淬火硬化層,因此,采用冷卻速度快的淬火油后,可以相應(yīng)縮短工件的滲碳時(shí)間,也能獲得要求的淬火硬化層深度。要求的滲碳淬硬層深度越大,這種方法縮短滲碳時(shí)間的效果越明顯。
2、淬火后心部硬度過(guò)高
這類(lèi)問(wèn)題可能與所選介質(zhì)冷速過(guò)快或介質(zhì)的低溫冷卻速度過(guò)高有關(guān)。解決辦法之一是改換淬火油來(lái)滿(mǎn)足要求。辦法之二是與淬火介質(zhì)生產(chǎn)廠家聯(lián)系,有針對(duì)地加入適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣?lái)降低淬火油的中低溫冷卻速度。
3、淬火變形問(wèn)題
淬火變形使不少工廠傷透了腦筋。按習(xí)慣,變形問(wèn)題的解決通常要牽涉多個(gè)部門(mén),解決的辦法往往是綜合措施。
提高淬火冷卻速度的措施也在該參考文獻(xiàn)中列出,應(yīng)用時(shí)只要合理選用相同作用方向的措施加上去。就可解決大部分齒輪的淬火變形問(wèn)題。比如,齒輪的內(nèi)花鍵孔變形,往往是所選的淬火油高溫冷速不足,或者說(shuō)油的蒸氣膜階段過(guò)長(zhǎng)的緣故。提高油的高溫冷速并提高油在整個(gè)冷卻過(guò)程的冷速,一般就能解決內(nèi)花鍵孔的變形問(wèn)題。對(duì)于中小齒輪,尤其是比較精密的齒輪,選好用好等溫分級(jí)淬火油是控制變形必不可少的措施。
4、齒輪的淬火開(kāi)裂問(wèn)題
這個(gè)問(wèn)題主要出現(xiàn)在感應(yīng)加熱淬火中。選擇好水性淬火介質(zhì),比如國(guó)內(nèi)外普遍采用的PAG類(lèi)淬火介質(zhì)代替原來(lái)使用的自來(lái)水,問(wèn)題便解決了。感應(yīng)加熱淬火采用PAG介質(zhì)。可以獲得高而均勻的淬火硬度和深而且穩(wěn)定的淬硬層,淬裂危險(xiǎn)極小。
5、光亮問(wèn)題
有這方面要求的場(chǎng)合,應(yīng)當(dāng)選用光亮淬火油或快速光亮淬火油。通常,光亮淬火油的光亮性好則冷卻速度不夠高,而冷卻速度很高的淬火油的光亮性則不夠好。此外,熱油的光亮性一般也較差,可以換新油或補(bǔ)加提高光亮性的添加劑。
當(dāng)前用于齒輪淬火的介質(zhì)主要是各種淬火油,水溶性淬火介質(zhì)和普通自來(lái)水。以下分別討論這些介質(zhì)在齒輪淬火中的選用方法和注意事項(xiàng)。
1、自來(lái)水
自來(lái)水是最經(jīng)濟(jì)而又清潔的淬火介質(zhì)。一些含碳量低、淬透性差且形狀簡(jiǎn)單齒輪的調(diào)質(zhì)淬火和感應(yīng)加熱淬火,往往可以用自來(lái)水。作為淬火介質(zhì),自來(lái)水的冷卻特性是:工件處于高溫階段時(shí)冷得很快,而到了工件處于低溫階段時(shí)冷卻得也很快。冷卻速度快可以使淬透性差和比較厚大的工件淬硬。這是自來(lái)水的優(yōu)點(diǎn)。
但是,用自來(lái)水淬火有三大缺點(diǎn),第一是低溫冷卻太快使多數(shù)鋼種和工件容易發(fā)生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快,比較細(xì)長(zhǎng)與較薄的工件容易因?yàn)槿胨绞讲划?dāng)而發(fā)生淬火變形。第三,也是不少人容易忽視的缺點(diǎn),是隨著水溫升高,淬火冷卻的蒸氣膜階段會(huì)逐漸增長(zhǎng),且工件處于中低溫階段時(shí)的冷卻速度也逐漸降低。由于這種原因,當(dāng)工件采取較密集的堆放方式入水淬火時(shí),水只有穿過(guò)堆在外面工件之間的縫隙才能接觸內(nèi)面的工件。穿過(guò)外面的工件時(shí)水溫會(huì)逐漸升高。這樣,堆在外面的工件接觸的水溫低,而堆在內(nèi)部的工件接觸的水溫高。致使堆放在內(nèi)、外部的工件的淬火冷卻效果不同。外部的工件冷卻快,淬火后硬度高,并容易淬裂。堆放在內(nèi)部的工件經(jīng)受的冷卻慢,淬火后硬度低。工件堆放得越密集,淬火時(shí)水的流動(dòng)越不通暢,這種差別就越大。這一缺點(diǎn)使自來(lái)水不適用于淬密集堆放的小工件。使用油淬火時(shí),油溫提高,冷卻的蒸氣膜階段稍有縮短,而油溫升高使油的粘度降低流動(dòng)性變好,有利于提高油的冷卻速度,能使堆放得較密集的工件內(nèi)外冷卻效果基本一致。應(yīng)當(dāng)說(shuō),這是用油淬火的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
選用自來(lái)水作為淬火液時(shí),應(yīng)當(dāng)知道它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。用好它的優(yōu)點(diǎn),而避免它的缺點(diǎn)。設(shè)法控制好水的溫度。采取堆放方式淬火時(shí),要設(shè)法使工件堆放得疏松一些,并通過(guò)攪動(dòng)促使淬火液通暢地從工件之間流過(guò),以減小內(nèi)部的水溫差。
2、水溶性淬火介質(zhì)
自來(lái)水作為淬火介質(zhì)的最大缺點(diǎn)是其低溫冷卻速度太快,使多種鋼制的工件容易淬裂。引起鋼件淬裂的主要原因是水在馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度(Ms 點(diǎn))及其以下的溫度范圍冷卻得過(guò)快。由于這樣的原因,研究開(kāi)發(fā)水溶性淬火介質(zhì)的第一目標(biāo)就是降低水的低溫冷卻速度??紤]到多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的Ms點(diǎn)在300℃附近,通常就以工件冷卻到300℃時(shí)水溶性淬火液的冷卻速度,即所謂300℃冷卻速度來(lái)表示該淬火液的冷卻性能。通??梢杂盟源慊鸾橘|(zhì)的300℃冷卻速度來(lái)對(duì)該介質(zhì)定級(jí),以便熱處理工作者選用。簡(jiǎn)單說(shuō),水性淬火液的300℃冷卻速度低,其防止工件淬裂的能力就強(qiáng);300℃的冷卻速度高,其淬硬能力也高,當(dāng)然工件的淬裂傾向也大。因此,選擇水溶性淬火介質(zhì)首先應(yīng)當(dāng)了解它的300℃冷卻速度。同類(lèi)淬火介質(zhì)品種中,得到相同的300℃冷卻速度時(shí)的濃度越低,其使用成本也就越低。水性淬火介質(zhì)有很多品種,不同品種有不同的特性。
PAG類(lèi)介質(zhì)冷卻特性可調(diào),濃度測(cè)控容易。它既適用于整體淬火,也適用于各類(lèi)感應(yīng)加熱淬火,且能長(zhǎng)期穩(wěn)定地使用,因而受到普遍歡迎,成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外熱處理界使用得最廣泛的水性淬火介質(zhì)。由于液溫對(duì)冷卻特性影響較大,使用水溶性淬火介質(zhì)時(shí)應(yīng)當(dāng)配備好循環(huán)冷卻系統(tǒng),以便在使用中調(diào)節(jié)液溫,一般說(shuō),在水溶性淬火液中淬火時(shí),工件也不宜在密集堆放條件下入水,以免造成內(nèi)外工件明顯不同的淬火效果。
3、普通機(jī)械油
工廠熱處理生產(chǎn)中使用得最多的普通機(jī)械油是N32機(jī)油(原20號(hào)機(jī)油)和N15機(jī)械油(原10號(hào)機(jī)油)。作為淬火介質(zhì),這類(lèi)機(jī)油的特性是,在工件高溫階段蒸氣膜時(shí)間較長(zhǎng),淬火冷卻速度不高,且低溫冷卻較慢。油的蒸氣膜階段長(zhǎng),工件高溫階段的冷卻慢,可能出現(xiàn)的問(wèn)題是低碳鋼制的工件容易發(fā)生先共析鐵素體轉(zhuǎn)變;而形狀復(fù)雜的工件,比如帶花鍵孔的齒輪等又特別容易變形。在中、低溫階段冷卻慢,使比較大的工件不易淬硬或淬硬層深度不足并因此發(fā)生淬火變形。
普通機(jī)油的抗氧化能力差,使用中容易老化變質(zhì),老化變質(zhì)的主要反映是油的粘度提高低溫冷卻速度降低。變質(zhì)的影響是工件淬火后的硬度和硬化深度見(jiàn)效,且淬火變形增大。粘度提高和產(chǎn)生油泥渣往往給淬火后的清洗造成困難,也使油的消耗量增大。
4、專(zhuān)用淬火油
專(zhuān)用的淬火油一般分為普通淬火油、快速淬火油、等溫分級(jí)淬火油(也簡(jiǎn)稱(chēng)熱油)、真空淬火油以及光亮淬火油等類(lèi)。和普通機(jī)油相比,專(zhuān)用淬火油的熱穩(wěn)定性能較好,能更好地保證工件的淬火質(zhì)量。
當(dāng)然,專(zhuān)用淬火油優(yōu)于普通機(jī)油的最重要的方面還是它們的冷卻特性。和普通機(jī)油相比,不同的專(zhuān)用淬火油在冷卻速度分布上都有蒸氣膜階段短的特點(diǎn),因而使工件在高溫階段能冷卻得更快。其中快速淬火油的最高冷卻速度都比較高,中低溫階段的冷卻速度快慢則因淬火油的不同品種而有較大差別。熱油在冷卻特性上的特點(diǎn)是蒸氣膜階段更短,而在工件淬火冷卻的低溫階段冷卻較慢。
快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的鋼種。熱油主要用于較小型的工件和淬透性較好的鋼種。
應(yīng)該說(shuō),任何淬火油都有適合它的工件。但是,除少數(shù)情況外,每臺(tái)熱處理爐都希望能處理比較多的鋼種和比較多樣的工件,因此,多傾向于選用適應(yīng)范圍更廣的淬火油。一般說(shuō),淬火油的蒸氣膜階段短,中溫階段冷卻得快、低溫階段冷卻速度大,這種油的冷卻能力就很強(qiáng),它的適用范圍就廣。
不少油淬工件的變形是與它的淬火硬度不足和淬硬深度不夠同時(shí)出現(xiàn)的。而改用這種適應(yīng)范圍廣的淬火油,往往能同時(shí)解決工件的變形、硬度不足和淬硬深度不夠等問(wèn)題。淬火油的蒸氣膜階段短,也就是油的高溫階段冷卻得快。這一特點(diǎn)有利于防止先共析鐵素體的析出,也有利于防止帶內(nèi)花鍵齒輪的變形。簡(jiǎn)單說(shuō),淬火油總的冷卻速度高有利于獲得較深的淬火硬化層。但從冷卻速度分布上分析,除中、高溫階段要求冷卻得快以外,油的低溫冷卻速度高低對(duì)獲得的淬硬層深淺作用更大。低溫冷卻速度越高,淬火硬化層往往越深。
攪動(dòng)淬火油可以提高油的冷卻速度。冷卻速度比較低的油,攪動(dòng)提高其冷卻能力的作用較大;而對(duì)于冷卻速度高的專(zhuān)用淬火油,攪動(dòng)的作用則相對(duì)較小。
齒輪的淬火質(zhì)量問(wèn)題中還有一類(lèi)是淬火硬化層過(guò)深。硬化層過(guò)深,常常在使用中斷齒。解決這類(lèi)問(wèn)題的有效辦法之一是降低淬火油的低溫冷卻速度。
總之,為保證齒輪的淬火質(zhì)量去選擇淬火油時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)所處理齒輪的鋼種、形狀特點(diǎn)和熱處理要求從油的冷卻速度分布特性去進(jìn)行選擇,最好能與淬火油生產(chǎn)廠的有關(guān)技術(shù)人員一道,通過(guò)討論分析確定合適的淬火油和合理的使用方法。