淬火技术的过去、现在和将来

zhoujunjie

人们知道淬火 技艺已有几千年了，人们对淬火 觉 得 神秘也有几千年了。二十世纪以前 淬火还是在空气中、水中和动物油或 植物油中进行的原始操作，二十世纪初期，对硬化或 淬火 的认识才定型化。
! y9 h1 f9 i- a9 U3 L+ N1914年出版的一本书中谈到“要能成功的淬硬，需研究各种淬火工件 、设计及要求 的 硬度”。随着对硬化的 认识，人们普遍采用了以矿物油为基 的 淬火 油。虽然现在对采用矿物油 作淬火 油好象已是很自然的 事情，这对保证淬火 工艺中得到稳定的金相结果来说，确是一 个 有重要意义的事情。动物油和植物油性能变坏很 快 ，有时只几天，而矿物油为基 的 淬火 介 质 可稳定长期使用数月至许多年。我们应该牢记当时的背景：用油来淬火 处理含有较高的 合 金 元素的钢，而水是用来处理普通碳素钢的。
早期的研究者已清楚在淬火 过 程 中存在着不同阶段，虽然在不同阶段的叫法和今天有所 不同，但对每一阶段 发生些什么至少在1923年 已有了基 本的 了解。记 录冷却速度或 冷却曲线 的尝试在过去已有文件记载 ，一个11磅重、用10，45钢做的心部放有热电偶的试棒被加 热和冷却，温度的变化用毫伏计测 定，时间用秒表测定。
今天，用于测定和分析淬火 液冷却性能的设备和技术复杂和精致得多了。采用优异的合 金 ，功能强大的电子硬件和专用的软件，研究人员能够分 析一个 淬火 液或 淬火 系统的冷却功 能和效果，复杂和精致的程度可达到这样的程度，即预测经某一特定淬火 介 质液处理后的合金 物理性能。
无论测试设备的功能如何强大，我们今天所测定的淬火 阶段 （叫 作淬火 冷却的三个阶 段 ），是和早期的研究者所观察到的相同的 。淬火 冷却阶段的研究对淬火 处理来说是最基 本 的。现回顾一下，对进一步讨论淬火 问题有帮助。

3 i& e) ]7 H# a) U* `8 L$ @5 S淬火冷却的第一阶段 是蒸汽膜。蒸汽膜阶段，由热工件浸入淬火液时开始，工件被淬火液的蒸汽所包围，冷却相对较慢，热量经蒸汽膜辐射和传导散出。随着工件的冷却，蒸汽膜无法维持，蒸汽膜破裂，进入沸腾冷却阶段，淬火液和工件的表面接触并沸腾，工件热量迅速的由蒸发吸热带走。当工件冷却至低于淬火 液的沸点时，沸腾阶段停止， 对流冷却阶段开始。对流冷却阶段或淬火冷却的第三阶段，也是冷却较慢的阶段，工件的热量通过淬火液的对流带走。
* B5 [- q1 ^& x对很多淬火液而言，对流阶段发生的温度相应于很多合金钢由奥氏体向马氏体转变的温度，因此对流阶段对控制和减少淬火变形是一个很重要的阶段。
所有的液体淬火介质都有三个阶段，但不同的淬火介质，从淬火机理来说，会有不同的阶段点。除淬火 液本身，其它参数或 因素也影响淬火 各阶段 的 冷却特性。搅拌对蒸汽膜 阶段的影响最大，它把包围在工件周围的蒸汽驱散。搅拌对沸腾阶段的影响很轻，因沸腾阶段本身已存在强烈的扰动。搅拌对对流阶段的影响比对蒸汽膜阶段的影响小得多，但比 它对沸腾阶 段 的 影响大。虽然冷却曲线分析不一定觉 察 到搅 动对 对 流阶段的影响，实际经验显示改变对 流阶段 的 搅 拌 可 减 小变形。
/ e8 H. ] e6 a' v, ~6 k" u7 j9 m淬火液的温度对淬火 三个阶段的影响视所用的淬火 液而不同，水基 淬火 液，槽温增加 时，蒸汽膜阶段不断 延长，这是水的自然性能枛枛当温度接近沸点会 产 生蒸汽（水蒸汽）。槽 温 对 沸 腾阶段和对流阶段的影响不显著。因此当水基 淬火 液的温度提高时，淬火 液总的冷却 速度降低。
4 ?- R- a7 `, t. I3 w6 G# X油基 淬火液刚好相反，液温有相反的影响。油加热时，粘度成比例的下降，粘度的下降 使淬火 液自然流动，机 械搅动更方便，增加了自然和机 械紊流，使蒸汽膜阶段中止。槽温的改 变 对 淬火 油沸腾阶段（一个 本来已剧烈的过程）影响不大。槽温增加时，淬火 油对流阶段的 冷速变慢，这种影响是有利的，因由奥氏体向马氏体转变时，较低的冷速，一般会 减 少变形和开 裂的倾向。总的来说，当淬火 油温度提高时，总 的 冷却速度增加。
前面所讨论的是淬火 过 程 中发生的现象和机 理，淬火 液的组成或 配方是放在第二位的 。然而 淬火介质本身对整个淬硬处理来说是非常重要的。三十年代后期四十年代初期，随着第 二 次世界大战发生的二件事，迫使淬火 油发生了改变。这二件事是：一、合 金 元素的短缺；二 、对具有高 物理性能部件的需求, 如更高的冲击强度等。为克服这些障碍, 淬火 油必须“更快敗£
多 年来，热处理工件者有一个 做 法，在水淬火 槽 中加进盐类，来使水淬得更快或 至少 更 均 匀，相同的原理也能用于淬火 油。淬火 介 质的研究者们在那时期开始试验各种有机 金 属 和 树脂，将这些材料加入到基 础油中，得到了肯定的结果，“现代”快速淬火 油的时期开始了 。
这些材料或 添加剂往往被称 为“润湿剂”。关于它们对淬火 介 质冷却性能的影响理论 也产生了。树脂或 有机 金 属溶于油中，当工件浸入时，即和热的工件接触，同时开始了蒸汽膜 阶段，但树脂或 有机 金 属的晶粒仍存在于表面，这些晶粒随带有以分子大小计的油，这些油过 热剧烈爆炸，破坏了蒸汽膜阶段，并加速了沸腾阶段的到来。润湿剂的添加也使得淬火 作用更 均 匀 ，再结合蒸汽膜阶段的缩短，工件淬不硬、局部软点和变形等问题能得以解决或 减 少。
自现代淬火 时期开始以来，对更专用淬火 液的需求一直继续着。需要介质用以硬化 钢 和 铸铁、铝合金固溶处理枛枛无变形的同时得到最高的机械性能。40年代后期，等温淬火 油用 于取代盐浴 ，今 天等温淬火 油的使用在增加，从接近最终成形尺寸的处理件，减少机 械加工中 工业界节省成本得到了好处。结合世界范围内对提高质量的驱使，促使工业界和淬火介质研究人员研究和发展改进产品和工艺。
现代淬火 时期的另一发展是水基聚合物淬火液。最先在50年代引入，这些 产 品填 补了 不断增长的表面感应淬火 硬化、火 焰加热硬化的 工艺需要。聚合物提供的淬火 性能填补了水 和 最 高 速淬火 油淬火性能之间的空间。在60年代，这项技术随着乙二醇 基 淬火 液的引入，用 于替代淬火油而得到了改进。70年代初期，几个因素肯定的影响了聚合物淬火液的使用和发展 ：对工厂和自然环境日益增长的关心、以及对工人安全的关心，迫使很多工业采用聚合物淬火液 。在1973年和1974年石油短缺，和随之而来的淬火油价格的上升，给了工业界必要的推动， 开始使用聚合物淬火 液。
今天有很多不同种类的聚合物淬火 液用于金属的热处理，其中很多是针对满足特定工业 需要的专门产品。聚合物淬火 介 质的研究者可由几种化学品家族中选用原料来试 验和发展聚合 物淬火 液。对这些材料的理解和知识发展到这样的境地，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，以满足特定使用的要求。
展望将来，淬火 介 质的将来将如何？答案存在于政府的规定、可得到的资源、环境、工 业需要和很多其它领域。

amu3k

可惜 近30年来的淬火 工艺基本没讲到，不知是没新的还是保密中

yzxhdingchao

好东西，长见识了。。。

cjlcjlcjlcjl

支持楼主，好东西要分享

raymondable

谢谢楼主的分享，学习了！

_厚德载物

中国人热处理方面落后很多啊。热处理专业的工程师们任重而道远啊。

洛阳落叶

中国人热处理方面落后很多啊。热处理专业的工程师们任重而道远啊
是呀，热处理是最关键的工序

未婚灰太狼

热处理设备跟不上工艺呀，