PAG淬火介質與強烈淬火原理

發布時間：2012-11-8 16:00:06

常規淬火通常用油、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。強烈淬火的特點是冷速極快，而不必擔心鋼件的過度畸變和開裂。常規PAG淬火介質的淬火冷卻溫度時，鋼件表層形成拉應力或低應力狀態，而強烈淬火則在冷卻中途、工件心部尚處于熱態時便停止冷卻，使其表層形成壓應力。鋼自奧氏體化溫度淬火時，表面和心部的溫度差會導致內應力。相變組織的比容變化和相變塑性還會引起附加相變應力。若熱應力和相變應力疊加，即綜合應力超過材料的屈服強度，就會發生塑性變形；如果共同作用的應力超過熱態鋼的抗拉強度，就會形成PAG淬火介質淬火裂紋。鋼件用PAG淬火介質淬火時力求得到奧氏體一珠光體轉變的臨界冷速，以獲得100%馬氏體。但在馬氏體轉變區提高冷速會使開裂的幾率趨向最大，然后又逐漸減小到零。這是根據用有限元法建立的淬火過程的非穩態熱傳導和相變熱過程的數學模型以及合理邊界條件下的彈塑性變形規律計算出的。計算結果發現，殘余拉應力隨冷速的增加逐步達到極大值，然后迅速降低，直到轉變為壓應力，此時，形成淬火裂紋的幾率就微乎其微了。PAG淬火介質的淬火件的表面殘余應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力和奧氏體-馬氏體轉變的比容變化導致的殘余應力增加。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力平衡的高拉伸應力。溫度梯度的增加使初始馬氏體轉變造成的拉應力增加，而馬氏體轉變開始溫度Ms的提高會引起相變塑性導致的表層膨脹，表面拉應力會明顯減小，并轉化為壓應力，表面壓應力數值和生成的表面馬氏體量成正比。這種表面壓應力決定著心部是否會在壓縮條件下發生馬氏體相變，或者在進一步冷卻時會使表面拉應力發生逆轉。如果馬氏體轉變使心部體積膨脹足夠大，并且表層馬氏體很硬很脆，就會使表層由于應力逆轉而破裂。為此，鋼件表層應出現壓應力，心部的馬氏體轉變應盡可能晚發生。當表層形成最大壓應力時，PAG淬火介質強烈淬火過程應停頓，隨后在Ms溫度保持等溫冷卻。如此將會延遲心部的冷卻，使其馬氏體轉變變慢，在表層形成高的壓應力。當表面硬化層達到一個優化厚度，并在表層達到最大應力值時，就完成PAG淬火介質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，即過冷奧氏體只轉變為小于30%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過自回火的，能避免產生淬火裂紋，因為這時的應力值已下降到很低。最后再強烈冷卻到室溫，使其余奧氏體完全轉變為馬氏體。在馬氏體轉變范圍內的強烈冷卻可改善材料塑性，提高材料強度。本文參考《淬火冷卻技術及淬火介質》一書。

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