熱處理工件在淬火介質中冷卻過程
熱處理工件在淬火介質中冷卻過程:當熾熱工件進入熱處理淬火介質中后,其冷卻過程大致可分為3個階段:
1. 蒸汽膜內冷卻階段(簡稱蒸氣膜階段):熱處理工件剛進入介質的瞬間,周圍的介質立即被加熱而汽化,在熱處理工件表面上形成一層蒸氣膜。由于膜的導熱性能差,鼓被其包圍隔絕的工件冷速是很慢的。初期,由于熱處理工件放出的熱量大于介質從蒸氣膜吸走的熱量,所以膜不斷增厚。隨冷卻的進行,工件溫度不斷下降,膜的厚度及其穩定性也逐漸變小,直至破裂而消失(冷卻的第1階段)。
2. 沸騰冷卻階段(簡稱沸騰階段):當蒸氣膜破裂時,熱處理工件就與介質直接接觸,介質在工件表面激烈沸騰,不斷逸出的氣泡帶走了大量的熱量,以至熱處理工件的冷卻速度很大。此階段直到工件冷卻至介質的沸點為止。(冷卻第2階段)
3. 對流冷卻階段(簡稱對流階段):當熱處理工件冷到低至介質的沸點時,主要只能靠對流傳熱的方式進行冷卻,工件的冷卻速度甚至比蒸氣膜階段還要緩慢,而且隨工件表面與介質的溫差不斷減小冷速越來越小。(冷卻的第3階段)。
噴射和浸液淬火是采用液體淬硬的兩種最為常用的方法。在噴射淬火中,有幾種常用的方法,他們包括:漸進掃描加熱噴射,加熱后原位噴射(逐一噴射淬火)和加熱后移位噴射。在采用高頻淬透性材料并要求淺淬硬層的部分應用中,也可采用在加熱的同時進行噴射淬火,并且在加熱停止后,再繼續冷卻片刻。
浸液淬火一般用于工件加熱后在感應圈下方位置進行。在部分應用中,零件是浸沒在淬火液中進行感應加熱的。浸沒感應加熱法對于防止必須有多個局部淬硬區的大零件由于在分別加熱待淬硬區的熱傳導,從而導致已淬硬區被回火的問題特別有效。
過去,感應熱處理普遍采用純油和水乳化劑。由于油使水的冷卻能力顯著降低,從而減少了開裂和變形問題。因此,采用了乳化液取代水冷。此外,油還可以作為防銹劑。純油冷通常限于用在浸液淬火以防著火,而水乳化油更適合于噴射淬火。
當給定一個熱處理爐冷卻系統進行設計時,主要考慮以下幾個問題:
1 感應圈上流量要求;
2 通過熱交換器的流量要求;
3 允許的熱處理溫度變化范圍;
4 需要的過濾程度;
5 需要的升溫時間;
6 淬火爐淬火槽的材料和尺寸;
7 允許的流量變化。