齿轮淬火冷却中的质量问题及其解决办法(下)

HEATS · 发表于 2010-9-12 14:14:35

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　　4.专用淬火油

　　专用的淬火油一般分为普通淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油(也简称热油)、真空淬火油以及光亮淬火油等类。和普通机油相比，专用淬火油的热稳定性能较好，能更好地保证工件的淬火质量。当然，专用淬火油优于普通机油的最重要的方面还是它们的冷却特性。和普通机油相比，不同的专用淬火油在冷却速度分布上都有蒸气膜阶段短的特点，因而使工件在高温阶段能冷却得更快。其中快速淬火油的最高冷却速度都比较高，中低温阶段的冷却速度快慢则因淬火油的不同品种而有较大差别。热油在冷却特性上的特点是蒸气膜阶段更短，而在工件淬火冷却的低温阶段冷却较慢。快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的钢种。热油主要用于较小型的工件和淬透性较好的钢种。应该说，任何淬火油都有适合它的工件。但是，除少数情况外，每台热处理炉都希望能处理比较多的钢种和比较多样的工件，因此，多倾向于选用适应范围更广的淬火油。一般说，淬火油的蒸气膜阶段短，中温阶段冷却得快、低温阶段冷却速度大，这种油的冷却能力就很强，它的适用范围就广。不少油淬工件的变形是与它的淬火硬度不足和淬硬深度不够同时出现的。而改用这种适应范围广的淬火油，往往能同时解决工件的变形、硬度不足和淬硬深度不够等问题。淬火油的蒸气膜阶段短，也就是油的高温阶段冷却得快。这一特点有利于防止先共析铁素体的析出，也有利于防止带内花键齿轮的变形。简单说，淬火油总的冷却速度高有利于获得较深的淬火硬化层。但从冷却速度分布上分析，除中、高温阶段要求冷却得快以外，油的低温冷却速度高低对获得的淬硬层深浅作用更大。低温冷却速度越高，淬火硬化层往往越深。搅动淬火油可以提高油的冷却速度。冷却速度比较低的油，搅动提高其冷却能力的作用较大；而对于冷却速度高的专用淬火油，搅动的作用则相对较小。齿轮的淬火质量问题中还有一类是淬火硬化层过深。硬化层过深，常常在使用中断齿。解决这类问题的有效办法之一是降低淬火油的低温冷却速度。

　　总之，为保证齿轮的淬火质量去选择淬火油时，应当根据所处理齿轮的钢种、形状特点和热处理要求从油的冷却速度分布特性去进行选择，最好能与淬火油生产厂的有关技术人员一道，通过讨论分析确定合适的淬火油和合理的使用方法。

　　三、淬火介质在使用中的变化不管是淬火油还是水溶性淬火介质，它们在使用中都要接触高温工件，也都会受到不同程度的污染。进入空气，介质会被氧化。高温可能引起有机介质的热分解、氧化和聚合等反应。污染可能使介质的氧化和其它变化更复杂。所有这些变化及其留在介质中的变化产物都会引起介质变质。淬火油的颜色变化、透明度变化、粘度变化等都是变质的表现。应当说，没有不变质的介质。我们所关心的只有三点：一是变化对介质冷却特性的影响，二是变质的快慢，三是用什么办法来了解和纠正变质的影响，以保证获得长期稳定的淬火质量。

　　前面谈到，水溶性淬火剂主要用来降低水的低温冷却速度。而水溶性淬火液在使用中的变化趋势则正好相反，变化使低温冷却速度逐渐提高，企图恢复到不加淬火剂之前的程度。普通机油在使用中的变化趋势，简单说就是开始时低温冷却速度逐渐降低、蒸气膜阶段逐渐缩短而中高温阶段的冷却速度稍有提高。使用时间增长，由于油的粘度进一步增高，油的中、高温冷却速度也将减慢，致使工件的冷却效果明显变差。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn

　　专用淬火油在使用中的变化比较复杂，它包含所加添加剂的变化和基础油的变化两部分，是这两方面变化的综合结果。不同的淬火油以及不同的使用条件，变化情况会有比较大的差别。有一点需要指出的是，在不受水污染的条件下，几乎所有的专用淬火油经过长期使用后低温冷却速度都会逐渐变慢。当使用时间更长时，工件淬火效果也会明显变差。油的稳定性好，变质得慢；油的稳定性差，变质就快。油的使用温度越高，油变质的越快。配备循环冷却系统，使油温稳定在适当范围，并通过槽内的循环搅拌防止局部过热等措施都可减慢油变质速度，延长油的使用寿命。不同介质的变质快慢除受介质的品种不同和品质差异的影响以外，还有一个共同的影响因素，那就是相同时期内，淬火工件的量越多，淬火液变质就越严重。在许多情况下，这里所说淬火工件的量应当是指已淬火工件的总的表面积。工件越小，相同重量的总表面积就越大，淬火介质变质就越多。管理问题也是影响齿轮淬火质量不可忽视的大问题。除了应当严格按工艺操作外，淬火介质的管理，尤其是防止污染关系重大。淬火油混进了水、水乳化在油中，往往造成淬火硬度不足或淬火开裂。相反，PAG淬火液中乳化进了油有时也会引起淬火开裂。淬火介质的颜色、透明度等方面的变化可以反应出它的变质情况。测量淬火油的粘度、闪点、残炭、酸值等的变化也能确定变质程度。在变质造成的影响中，与工件的热处理效果关系最大的是冷却特性的变化。为了保证齿轮的淬火冷却效果，建议对所用淬火油和淬火介质作定期的冷却特性检测，并对介质的冷却特性进行管理，一般小工厂没有必要配备冷却特性测试仪，可以到配备了这种仪器的单位去测量。淬火介质生产单位应当为用户工厂进行这项检测。测定淬火介质的冷却特性，最好是使用符合国际标准(ISO9950)的冷却特性仪。分析介质的冷却特性应当看介质的冷却速度分布情况，而不是单看最高冷却速度值。最高冷却速度相同，或到300℃的冷却时间相同的介质，因为它们冷却速度分布情况不同，它们的热处理效果可能有很大差别。前面已经简单谈到介质冷却速度分布特点与其冷却效果的关系，详细内容可以参看本文后面的参考资料。

　　在长期生产中记录同类工件的淬火硬度，硬化深度以及淬火变形情况，分析它们的变化趋势，使我们能了解淬火介质冷却特性的变化规律。有了这些记录，不仅能帮助我们控制介质的冷却特性，还可以帮助分析引起现场热处理事故的原因，从而及时解决该质量问题。前面谈到，介质变质是不可避免的。使用时间不长、或淬入工件的量还不多时，变质程度较小，从工件的淬火效果上反应不出介质的变质问题。淬火量进一步增加，变质程度加大到工件淬火达不到要求时，变质问题就真正出现了。淬火量继续增大，变质更多，工件淬火质量就更差。水溶性淬火介质变质后可能出现的问题主要是工件淬火硬度过高以致工件淬裂。因此，水溶性淬火液变质程度可以从同类工件的淬火硬度的变化趋势上作监视，最好能在出现淬裂之前采取措施。专用淬火油使用中变质后，可能出现的问题主要是工件淬火硬度偏低、硬化深度不足和出现较大的变形。因此，可以根据工件的硬度和硬化深度的变化趋势对淬火油的变质程度进行监测。淬火介质变质后，继续补加原来的新介质能不能使淬火液的冷却特性得到恢复呢？这个问题的回答是：有的介质能，有的介质不能。对于浓度可调节的水性淬火介质，如PAG类水溶性淬火液，在了解其变化规律的基础上一般多能通过补加原来用的新介质使冷却特性恢复到新配时的水平。固定了配方比例的水性淬火液，不能。普通淬火油和专用淬火油也不能。淬火油变质后，只继续加入原来的新淬火油一般不能使油的冷却特性恢复到新油的水平。然而，在了解了油的变化规律后，却可以通过改性添加剂使油的冷却特性得到恢复。

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