回到基础:淬火机制

在与液体淬火剂接触期间,通常通过三个阶段进行冷却热部件。

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R不管产品是什么,都有可能是热处理和淬火的。发动机部件经过热处理以提高耐磨性和耐久性(图1)。飞机部件经过热处理以提高强度和断裂韧性。甚至自行车车架也经过热处理,以提高强度、重量和耐用性。为了满足这些需求,有必要扩大热处理和淬火的知识,以持续生产高质量的产品,能够以低成本的方式制造。

图1所示。凸轮轴感应热处理,磨损和强度。

在冶金中,淬火的定义是“控制提取热量”。本定义中最重要的单词是“控制”。猝灭剂是从部件中提取热量的任何培养基。淬火剂可以是液体,固体或气体。

每种猝灭剂,无论是油,水,聚合物水溶液,还是水 - 盐溶液,都表现出类似的淬火特性。这些基本特征需要正确理解为完全验证。

阶段的淬火

当热部件与液体淬火剂接触时,通常有三个淬火阶段。对此也有例外,我们将在讨论每个阶段时解释这些例外。淬火的三个阶段是:

  • 蒸汽阶段(阶段A或蒸气毯阶段)。
  • 沸腾阶段(B阶段或核沸腾阶段)。
  • 对流阶段(C阶段)。

蒸气阶段

当加热部件的热表面首先与液体淬火剂接触时,遇到蒸汽阶段。部件被蒸气覆盖着。

在这一阶段,传热非常慢,主要是通过蒸气毯的辐射来实现的。有些传导也通过气相发生。这种毛毯非常稳定,只有通过搅拌或提高速度的添加剂才能提高其去除效果。这一阶段是淬火过程中遇到许多表面软点的原因。高压喷雾和强烈搅拌消除了这一阶段。如果让它们持续存在,就会形成不良的微观成分。

沸腾舞台

淬火过程中遇到的第二阶段是沸腾阶段。这时,蒸汽阶段开始坍塌,所有与部件表面接触的液体都喷发成沸腾的气泡。这是淬火的最快阶段。高的热提取率是由于从热表面带走热量并将其进一步转移到液体淬灭剂中,从而使冷却的液体在表面取代它。在许多淬火剂中,添加了添加剂以提高给定流体获得的最大冷却速率。当组件表面的温度达到低于液体沸点的温度时,沸腾阶段停止。对于许多容易变形的部件,如果介质的速度快到足以使钢淬火,则使用高沸点油或液体盐,但这两种淬火剂在感应淬火中使用相对较少。

对流阶段

淬火的最后阶段是对流阶段。当组件达到低于淬火剂的沸腾温度的点时,就会发生这种情况。通过对流除去热量,通过淬火剂的比热和导热性控制,以及组分温度与淬火剂之间的温差。对流阶段通常是3个阶段中最慢的。通常,大多数失真发生的这种阶段。

图2显示了淬火的三个阶段。

图2。浸没淬火三相示意图:极左,气相;中心、汽障坍塌和核沸腾;,对流。

淬火的三个阶段在一个位置顺序发生。然而,不同时间将在不同时间发起不同的位置,这取决于零件的搅动和几何形状。

通常,在淬火的开始时,部分被稳定的气相包围。随着零件慢慢冷却,它达到了莱顿脱发温度。Leidenfrost温度取决于许多东西,例如搅拌,表面粗糙度,流体的表面张力和静液压(部分深度)。很难预测。该温度也可以通过锋利的边缘,几何形状和添加剂包来改变。

一旦在莱顿弗罗斯特温度下,核心沸腾开始。这通常会在尖锐的角落或几何中发生突然的变化。在简单的汽缸中垂直淬火,核心沸腾在上表面和下表面的圆柱体的拐角处引发。然后,核心波前沿从顶部沿着部分行进,并从底部从底部到达表面,最终会聚。

当零件表面冷却到接近淬火剂沸腾温度时,开始发生对流。如图3所示,在850°C淬火的光滑钢瓶上,使用高速摄影捕捉淬火的三个阶段。

图3.淬火序列的图示显示沿着钢圆筒的长度出现的淬火序列的三相。

可以观察到,淬火的三相可以同时发生在零件上,从而导致零件表面温度有很大的不同。变形的一个来源是热梯度,因此有必要降低这些热梯度,通常是通过适当的搅拌。

获得属性和低失真通常是平衡行为。通常,以高残余应力或高畸变为代价获得最佳性质。通常在性质的牺牲中获得低变形或残余应力。因此,最佳骤冷速率是刚刚满足属性的淬火率。这通常提供最小失真。

结论

在这篇简短的文章中,我们讨论了淬火机制的基础知识。在随后的文章中,我们将讨论测量和量化淬火机制的方法。

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