真空油淬，變形實屬難免
來源：成都新德南光機(jī)械設(shè)備有限公司 | 發(fā)布時間：2017-04-08 |
真空爐應(yīng)用于淬火，當(dāng)初亦以油淬居多，根據(jù)目前情況，油淬越來越少，氣淬越來越多。工件比較大、淬火溫度在1000℃以下、淬透性比較高的小零件擬用油淬。對真空淬火油有如下要求：
（1）蒸汽壓低，不易揮發(fā) 要求蒸汽壓低于10-2～10-4Pa，以確保真空度在10～10-1Pa條件下，真空淬火油不會產(chǎn)生明顯的揮發(fā)。
（2）雜質(zhì)與殘?zhí)可?，酸值?真空油淬火后，零件表面的光亮度應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)試樣的70%。
（3）臨界壓強(qiáng)（即得到大氣壓下有相同冷卻能力的最低壓強(qiáng)）低，冷卻性能好，要求工件在真空淬火油中冷卻后，能達(dá)到常壓下鹽浴淬火相同的硬度值，不得有明顯的滲碳層。
（4）熱穩(wěn)定性好，即抗老化性能好，使用壽命長。
用于真空淬火的油已商品化、標(biāo)準(zhǔn)化。如美國海斯公司的H1油、H2油、日本初光公司的HV1油、HV2油、前蘇聯(lián)的BM1～4油燈。1979年我國研制成功并投入生產(chǎn)的ZZ-1、ZZ-2真空淬火油具有冷卻能力高、飽和蒸汽壓低、熱穩(wěn)定良好、對工件無腐蝕的特性而且質(zhì)量穩(wěn)定，適于工具鋼的真空淬火。顯然其他淬火油不能滿足上述要求。北京聯(lián)創(chuàng)嘉業(yè)科技有限公司、天津市美石石化產(chǎn)品有限公司、南通市豐潤石油化工廠、重慶海森、大連海威、好富頓、得潤寶、南京科潤工業(yè)介質(zhì)有限公司等數(shù)十家單位均有真空淬火油出售。
圖1為T8鋼在真空淬火油、普通淬火油、礦物油中進(jìn)行真空加熱淬火后硬度的變化曲線。普通淬火油在常壓下（0.1MPa）淬火后硬度為66HRC，試樣可完全淬硬，然而隨著淬火時壓力的降低，硬度急劇下降，特別是壓力降到5×104Pa以下時降低最多，已不能將工件淬硬。礦物油在常壓淬火，僅使試樣硬度達(dá)到42HRC，壓力下降后硬度反而升高，到2.5×104Pa時可使淬火后硬度達(dá)到63～65HRC。在更低的壓力下淬火硬度趨于下降。真空淬火油則能在低下很寬的區(qū)域內(nèi)能淬到63HRC以上的高硬度，這為工模具鋼真空油淬謀求高硬度創(chuàng)造了條件。圖2為以上3種油在不同壓力下的特性溫度與冷卻速度的關(guān)系比較。
圖1 真空淬火油與一般淬火油冷卻能力的比較
試樣：T8鋼，800℃淬入80℃油中
1. 普通淬火油，2.礦物油，3.真空淬火油
從圖2可以看出，冷卻速度由蒸汽膜存在的時間及試樣從800℃冷卻到400℃所需需要的時間來表示（℃/s）。從蒸汽膜存在的時間看，在104Pa以下真空淬火油最短，從800℃→400℃冷卻時間比較，盡管各種油在真空狀態(tài)下比常壓下時間要長，但真空淬火油比礦物油冷卻時間要短。在2×104Pa左右以真空淬火油的冷卻時間最短。
圖2 幾種淬火油在不同壓力下，冷卻能力與特性溫度的比較
1. 真空淬火油，2.普通淬火油，3.礦物油
特性溫度，℃—蒸汽膜時間;S—從800℃冷到400℃時間
在低壓下，真空淬火油的特性溫度也較高，因此，真空淬火也適合于在低壓下工作，有優(yōu)異的淬火能力。
真空淬火油是用石蠟潤滑油餾分、經(jīng)溶劑脫臘、熔劑精制、白土處理及真空蒸餾、真空脫氣后，加入催冷劑、光亮劑和抗氧化劑等配制而成的。用φ8mm×24mm銀棒測得不同真空度下國產(chǎn)ZZ-1號、ZZ-2號冷卻曲線如圖3、圖4所示。GCr15鋼φ20mm×6mm試樣在840℃和T10鋼φ10mm×10mm試樣在800℃于ZZ-1號、ZZ-2號兩種真空油中淬火后的硬度見表1和表2。
圖3 ZZ-1號油在不同真空度下的冷卻曲線
1-0.013KPa;2-5KPa;3-10KPa;4-26.6 KPa;5-50KPa;6-66.6KPa;7-101KPa;
圖4 ZZ-2號油在不同真空度下的冷卻曲線
1-0.013KPa;2-5KPa;3-10KPa;4-26.6 KPa;5-50KPa;6-66.6KPa;7-101KPa
由于真空加熱的工件具有良好的表面狀態(tài)，因而鋼在真空淬火油中冷卻可以獲得與常規(guī)工藝相同的硬度值。從原理上講，真空淬火時維持液面壓力為臨界壓強(qiáng)即可獲得接近于大氣壓下的冷速。除此之外，提高氣壓可以提高油的蒸發(fā)和凝固溫度，因而可以避免因油本身升溫造成的揮發(fā)損失和對設(shè)備的污染。工藝上常采用向冷卻室充填純氮氣至40～73KPa（高于67KPa時對特性影響已不明顯了）的方法，實踐證明，對于某些低淬透性鋼，若將氣壓增大至大氣壓之上，將可獲得更高的冷速。這是由于蒸汽膜進(jìn)一步變薄了，縮短了傳熱慢的蒸汽膜階段，增壓油淬進(jìn)一步發(fā)展為油淬氣冷淬火，這就提高了大型及精密工模具的淬火效果減少變形提供了多種選擇的可能性。
表1 GCr15鋼試樣在不同壓力下的淬火硬度
油品名稱 | 淬火時的壓力/Pa | 溫度/℃ | 淬火后硬度HRC |
1號油 | 760×133.32 | 25～30 | 66 66 66 66 |
2號油 | 65 65 66 65 | ||
1號油 | 380×133.32 | 25～30 | 64 64 63 63 |
2號油 | 61 60 61 61 | ||
1號油 | 76×133.32 | 25～30 | 65 65 65 65 |
2號油 | 60 61 61 62 | ||
1號油 | 10-1×133.32 | 25～30 | 36 36 36 36 |
2號油 | 31 31 31 31 |
為了滿足較大工件淬火冷卻能力的需要，真空淬火油量要足夠大。設(shè)計中按入油的工件、料盤、卡具等從入油溫度至油池溫度時釋放出的熱量進(jìn)行熱平衡計算得出，再補加一定的安全油量?？紤]到因攪拌、局部激烈升溫造成油的膨脹、沸騰，一般取工件重量與油重量之比為1:10～1:15為好。
表2 T10鋼試樣在不同壓力下的淬火硬度
油品名稱 | 淬火時的壓力 /Pa | 溫度/℃ | 淬火后硬度HRC |
1號油 | 760×133.32 | 25～30 | 62 62 62 62 |
2號油 | 61 62 62 62 | ||
1號油 | 380×133.32 | 25～30 | 62 62 62 62 |
2號油 | 61 62 62 62 | ||
1號油 | 76×133.32 | 25～30 | 60 61 62 62 |
2號油 | 61 62 61 62 | ||
1號油 | 10-1×133.32 | 25～30 | 35 36 35 35 |
2號油 | 34 33 34 34 |
真空淬火油的品質(zhì)，如酸值、殘?zhí)?、水分、離子量等都可能使工件嚴(yán)重著色，有時它們對光亮度的影響遠(yuǎn)大于真空度的影響，使用過程中需定期分析粘度、閃點、冷卻性能及水分。據(jù)分析，當(dāng)真空淬火油中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.03%時，就足以使淬火件表面變得灰暗。當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.3%時，油的冷卻特性將發(fā)生明顯改變，很可能發(fā)生淬裂。在液壓壓力降低時，含水的油將發(fā)生沸騰，從而嚴(yán)重地破壞了真空，鑒于此，新油在第一次使用前需進(jìn)行調(diào)制，每次停爐后還應(yīng)保持爐子的真空，以防止空氣和水分再次溶入油中。
真空淬火油的使用溫度應(yīng)控制在40～80℃為宜。油溫過低時，粘度大冷卻速度低，淬火后工件硬度不均勻，表面不光亮。在寒冷的冬天淬火前，需將真空淬火油預(yù)熱。在真空條件下，若油溫過高將使油迅速蒸發(fā)，從而造成污染并加速油的老化。在生產(chǎn)中，為能迅速調(diào)節(jié)油溫并使油溫均勻化，油池常設(shè)攪拌裝置以加強(qiáng)油的循環(huán)和對流。攪拌必須到位，老油的攪拌不夠強(qiáng)烈，則易使尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件及長桿件等出現(xiàn)軟點和軟帶（軟塊）;若油的攪拌過于強(qiáng)烈，也會使工件產(chǎn)生較大的變形?？刂乒ぜ胗秃蟮拈_始攪拌時間、調(diào)節(jié)攪拌的激烈程度以及實現(xiàn)斷續(xù)攪拌可以減少變形和軟點。
不管你做出多少努力以及采取多少措施，只要是油淬，變形實屬難免，我們只能因勢利導(dǎo)，努力使變形減少到最低量，并且要采取得補校措施，將變形者矯正過來。
高溫油淬高溫瞬時滲碳已是不爭的事實。高速鋼工具經(jīng)真空油淬后將在工件表面層出現(xiàn)一個由殘留奧氏體和碳化物組成的白亮層。分析認(rèn)為，這與鋼在油淬的高溫階段（1200～900℃）的瞬時滲碳有關(guān)。一般的解釋是，真空淬火油是由C、H、O組成的有機(jī)化合物，在與活性的高速鋼表面接觸時，將形成一層薄而致密的、包圍著工件的油蒸氣外套，其中的CH4、CO將發(fā)生分解并析出濃度和傳播特性較高的活性碳，可很快滲入鋼中。有研究表明，M2鋼于1.33Pa、1200℃下 加熱后油淬所得瞬間滲層深可達(dá)35～50μm。Χ射線顯微分析證明，距表面10μm內(nèi)是耐蝕高的白亮層，其碳濃度達(dá)1.50%～1.70%，從表面到50μm處，碳降至基體含量0.80%～0.90%。白亮層是由大量復(fù)合碳化物和殘留奧氏體組成的，其與內(nèi)部交界處有粗晶馬氏體，因而表面硬度低下。
油淬工件出爐后應(yīng)進(jìn)行去油清理，注意不要對周邊環(huán)境造成污染。
摘自《金屬加工》雜志
