PAG淬火介質(zhì)與強烈淬火原理

發(fā)布時間：2012-11-8 16:00:06

常規(guī)淬火通常用油、水或聚合物溶液冷卻，而強烈淬火法則用水或低濃度鹽水，其中水、低濃度鹽水及聚合物溶液等被稱為PAG淬火介質(zhì)。強烈淬火的特點是冷速極快，而不必?fù)?dān)心鋼件的過度畸變和開裂。常規(guī)PAG淬火介質(zhì)的淬火冷卻溫度時，鋼件表層形成拉應(yīng)力或低應(yīng)力狀態(tài)，而強烈淬火則在冷卻中途、工件心部尚處于熱態(tài)時便停止冷卻，使其表層形成壓應(yīng)力。鋼自奧氏體化溫度淬火時，表面和心部的溫度差會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力。相變組織的比容變化和相變塑性還會引起附加相變應(yīng)力。若熱應(yīng)力和相變應(yīng)力疊加，即綜合應(yīng)力超過材料的屈服強度，就會發(fā)生塑性變形；如果共同作用的應(yīng)力超過熱態(tài)鋼的抗拉強度，就會形成PAG淬火介質(zhì)淬火裂紋。鋼件用PAG淬火介質(zhì)淬火時力求得到奧氏體一珠光體轉(zhuǎn)變的臨界冷速，以獲得100%馬氏體。但在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)提高冷速會使開裂的幾率趨向最大，然后又逐漸減小到零。這是根據(jù)用有限元法建立的淬火過程的非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和相變熱過程的數(shù)學(xué)模型以及合理邊界條件下的彈塑性變形規(guī)律計算出的。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殘余拉應(yīng)力隨冷速的增加逐步達到極大值，然后迅速降低，直到轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，此時，形成淬火裂紋的幾率就微乎其微了。PAG淬火介質(zhì)的淬火件的表面殘余應(yīng)力測定值和符號都證實了這一點。在強烈淬火過程中，由相變塑性引起的殘余應(yīng)力和奧氏體-馬氏體轉(zhuǎn)變的比容變化導(dǎo)致的殘余應(yīng)力增加。在強烈冷卻時，工件表面立即冷到槽液溫度，心部溫度幾乎沒有變化。快速冷卻引起表面層收縮和被心部應(yīng)力平衡的高拉伸應(yīng)力。溫度梯度的增加使初始馬氏體轉(zhuǎn)變造成的拉應(yīng)力增加，而馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms的提高會引起相變塑性導(dǎo)致的表層膨脹，表面拉應(yīng)力會明顯減小，并轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，表面壓應(yīng)力數(shù)值和生成的表面馬氏體量成正比。這種表面壓應(yīng)力決定著心部是否會在壓縮條件下發(fā)生馬氏體相變，或者在進一步冷卻時會使表面拉應(yīng)力發(fā)生逆轉(zhuǎn)。如果馬氏體轉(zhuǎn)變使心部體積膨脹足夠大，并且表層馬氏體很硬很脆，就會使表層由于應(yīng)力逆轉(zhuǎn)而破裂。為此，鋼件表層應(yīng)出現(xiàn)壓應(yīng)力，心部的馬氏體轉(zhuǎn)變應(yīng)盡可能晚發(fā)生。當(dāng)表層形成最大壓應(yīng)力時，PAG淬火介質(zhì)強烈淬火過程應(yīng)停頓，隨后在Ms溫度保持等溫冷卻。如此將會延遲心部的冷卻，使其馬氏體轉(zhuǎn)變變慢，在表層形成高的壓應(yīng)力。當(dāng)表面硬化層達到一個優(yōu)化厚度，并在表層達到最大應(yīng)力值時，就完成PAG淬火介質(zhì)強烈淬火的全部過程。使工件淬火開裂減小到最低程度的另一種方法是保證材料的塑性，即過冷奧氏體只轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮?0%的新馬氏體。初始階段，PAG淬火液強烈淬火一直維持到過冷奧氏體轉(zhuǎn)變到不超過30%馬氏體的工件表面溫度，然后即終止強烈淬火，使工件在空氣中冷卻到截面溫度平衡。表層形成的新馬氏體是經(jīng)過自回火的，能避免產(chǎn)生淬火裂紋，因為這時的應(yīng)力值已下降到很低。最后再強烈冷卻到室溫，使其余奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。在馬氏體轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)的強烈冷卻可改善材料塑性，提高材料強度。本文參考《淬火冷卻技術(shù)及淬火介質(zhì)》一書。

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