问热处理工艺淬火工艺淬火介质及冷却方法Word文件下载.docx
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工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。
理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。
这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；
在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；
在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。
常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。
●
水
水是冷却能力较强的淬火介质。
来源广、价格低、成分稳定不易变质。
缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；
而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。
当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。
因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。
盐水和碱水
在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。
其缺点是介质的腐蚀性大。
一般情况下，盐水的浓度为10％，苛性钠水溶液的浓度为10％～15％。
可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。
油
冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。
如机油、变压器油和柴油等。
机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。
目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。
高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。
获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；
另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。
添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。
生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。
这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。
光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。
在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。
这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。
另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。
真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。
真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。
盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。
新型淬火剂
有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
聚乙烯醇常用质量分数为0.1％～0.3％之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。
当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。
进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性。
三硝水溶液由25％硝酸钠+20％亚硝酸钠+20％硝酸钾+35％水组成。
在高温（650～500℃）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。
在低温（300～200℃）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水－油双介质淬火。
（4）冷却方法
生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。
主要有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
单液淬火
是将奥氏体化工件浸入某一种淬火介质种，一直冷却到室温的淬火操作方法。
单液淬火介质有水、盐水、碱水、油及专门配制的淬火剂等。
一般情况下碳素钢淬火，合金钢淬油。
单液淬火操作简单，有利于实现机械化和自动化。
其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量。
单液淬火对碳素钢而言只适用于形状较简单的工件。
双液淬火
是将奥氏体化工件先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未达到该淬火介质温度之间即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。
双液淬火减少变形和开裂倾向，操作不好掌握，在应用方面有一定的局限性。
马氏体分级淬火
是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。
分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。
分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。
贝氏体等温淬火
是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。
一般保温时间为30～60min。
复合淬火
将工件急冷至Ms以下获得10％～20％马氏体，然后在下贝氏体温度区等温。
这种冷却方法可使较大截面地工件获得组织M+B组织。
预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变，在等温时又使马氏体回火。
复合淬火用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量即变形开裂倾向。
特殊工件也采用压缩空气淬火、喷雾淬火、喷流淬火。
金属切削和磨削过程有哪些摩擦特点?
金属切削过程中，工件坯料受到刀具前刀面的推挤，切削层沿着某一斜面剪切滑移而产生塑性变形，并最终形成切屑。
切屑会以较高的速度沿前刀面流出。
已经加工的表面也需经历一个塑性变形的过程，并伴随一定的弹性变形，而且以相当大的压力作用在后刀面上。
刀具与工件坯料、切屑之间发生的巨大摩擦会产生大量的热量，使切屑与刀具接触面温度升高。
我们需要掌握影响刀具摩擦系数的因素，因为它不但影响切屑变形；
而且对切屑的形成过程
、
切屑力
切屑热
表面质量以及生成的积屑瘤亦有影响。
影响因素主要有：
工件材料：
工件强度和硬度越大，摩擦系数略有减小。
切削厚度：
厚度增大，法向力随之增大，摩擦系数减小。
刀具前角：
一定速度下，前角越大，摩擦系数越大。
切削速度：
切削速度越高，摩擦系数越大。
（切削速度高，切削温度就高，刀面与切削底层容易黏结，摩擦系数增大；
但当速度超过一定数值，刀屑接触处的温度升高，材料塑性增加，切削底层剪应力下降，摩擦系数随之下降）。
加工时材料的性质
切削条件
刀具形状有可能不同，这样会产生不同类型的切屑，它最终会影响到刀具的耐用度和加工表面的粗糙度，也对我们选择正确的切削液有帮助。
磨削过程中，由大量无定形前角的微小磨粒切出切屑。
有一些磨粒只是摩擦推挤工件表面，并不切屑；
但推挤的表面会被随后而来的其他磨粒切削除去。
因此，磨削力较小，产生的切屑是细小的屑末。
但是，磨削时的速度很高，能产生很高的高温，而且温度不易随切屑散去。
这样，产生的高温易使工件发生磨削烧伤，引起金属热应力，金属组织发生相变而产生裂纹和残余应力，砂轮的磨损和钝化，砂轮的磨粒及粉末脱落后落到工件表面等问题，影响到了工件表面的尺寸精度。
金属切削液在切削过程中有哪些作用？
金属切削过程中，正确的选择液能降低切削力
摩擦，及时带走热量以降低切削温度，减小刀具磨损，提高刀具耐用度，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳的经济效果。
切削液主要有以下四个方面作用：
冷却作用
切削液通过和发热的刀具
切屑和工件间的对流和汽化作用将切削热带走，从而有效地降低切削温度，减小工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高刀具的加工精度和耐用度。
切削液的冷却性能和它的导热系数
比热容
汽化热以及流动性（黏度）有关。
水基的切削液冷却性能比油基的要好。
切削液对刀尖切削区的浸润性对冷却效果有较大影响。
浸润性好的切削液能迅速扩散到刀具与工件，或刀具与切屑接触的缝隙中，将强冷却效果。
加入有效的表面活性剂能使切削液的浸润性大大提高。
此外，切削液的冷却效果还与其泡沫有关（因为泡沫内是空气，空气的导热性比水差），切削液的泡沫多，其冷却性能就差。
所以，在合成切削液中常添加少量的乳化硅油消泡剂。
另外，改变液体流速和流量等流量条件，能有效地提高切削液的冷却效果；
采用喷雾冷却方法使液体容易汽化，也能明显的提高冷却性能。
润滑作用
润滑作用是指：
切削液减小前刀面和切屑
、后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜的作用。
切削液良好的润滑作用可减小摩擦和功率消耗刀具磨损，以获得较好的工件表面质量。
通常油基切削液的润滑性能比水基的好
，而加入油性和极压添加剂的油基切削液润滑性能更好。
油性添加剂的主要成分是带有极性基的长链有机化合物（如高级脂肪酸，高级醇等），通过极性基在金属表面上形成一层吸附膜，起到隔绝刀具与工件
切屑的作用，从而减小摩擦与切削力。
对于低速
温度较低
精密切削的场合可使用油性添加剂，温度超过
200
o
C
时，吸附膜就会遭到破坏而失去润滑作用。
极压添加剂的主要成分是含有硫
磷
氯等元素的化合物（如氯化石蜡
硫化脂肪
磷酸酯），它们能在高温高压的条件下与金属表面发生化学反应，生成硫化铁氯化铁磷酸铁等比铁的剪切强度低的化合物，能防止刀具与工件发生冷焊显象，亦降低了刀具和工件
切屑间的摩擦，抑制了积屑瘤的形成。
切削液的润滑作用和其渗透性有关，渗透性好的切削液能及时渗入到刀尖切削区形成润滑膜，以降低切削阻力和摩擦系数。
清洗作用
切削过程中，切屑
铁粉
磨屑
油污
沙粒等常常黏附在工件
刀具或砂轮的表面及缝隙中，同时沾污机床和工件，使刀具或砂轮的切削刃口变钝，影响到切削效果。
所以要求切削叶应具有良好的清洗作用。
油基切削液黏度越低，清洗能力越强。
而含有表面活性剂的水基切削液清洗能力较强。
（表面活性剂在工件表面上形成吸附膜，吸附各种污染物粒子，阻止其粘附在工件和刀具上）
防锈作用
切削加工中，工件要和环境介质中的一系列腐蚀性物质接触（如水
氧
二氧化碳
硫化氢
氯离子
游离酸碱以及切削液分解或氧化变质产生的油泥等）。
这需要切削液具有一定的防锈能力，保护工件和机床部件不发生腐蚀。
除了以上四个主要方面，切削液还应具有以下性能：
不能对机床涂漆部件产生不良影响。
稳定性良好，贮藏中不应产生分层
析油等现象。
对细菌
霉菌有一定的抵抗性，不易发臭
变质。
对人体和环境安全，无刺激性气味，便于回收。
金属切削液应该如何选择和使用？
首先要了解到油基和水基切削液的特性。
一般来说，油基切削液的润滑性能好，而水基切削液冷却性能好，而乳化液即具有一定的润滑性和防锈性，又有一定的冷却性和清洗性，但是容易产生微生物而发生分解变质。
主要从下列几个方面考虑切削液的选择
根据工件材料选择
工件材料的可切削性对切削液的选择具有重要的意义。
切削加工的具体情况和要求不同，切削加工的难易程度就不同。
粗加工时，要求刀具的磨损慢和加工生产率高；
精加工时，要求工件有高的精度和较小的表面粗糙度。
对于难加工的材料应选用活性高
含抗磨
极压添加剂的切削液；
对于容易加工的材料则选用不含极压添加剂的切削液。
切削有色金属和轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用矿物油和高浓度乳化液。
切削合金钢时，如果切削量较低
、表面粗糙度要求较小（如拉削以及螺纹切削），此时需要优异润滑性能的切削液，可选用
极压切削油和高浓度乳化液。
切削铸铁与青铜等脆性材料时，切削中常形成崩碎切屑，容易随切削液到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洗性能好的低浓度乳化液。
根据工件方法选择
较高切削速度的粗加工中（例如：
车削
铣削
钻削），要求切削液具有良好的冷却性能，这时应选用水基切削液以及低浓度乳化液。
在一些精密的高强度加工中（例如：
拉削
攻丝
、深孔
钻削
齿轮加工），
此时需要切削液具有优异的润滑性能，可选用
根据刀具材料选择
a
．工具钢刀具：
此类刀具的耐热温度在
—
300
，耐热性能差，高温下会失去硬度，因此要求采用冷却性能好的切削液，以低浓度乳化液为宜。
b
．高速钢刀具：
高速粗切削时，切削量大，产生大量的切削热，为避免工件烧伤而影响加工质量，应采用冷却性好的水基切削液；
如果用高速钢刀具进行中
低速的精加工时，为减小刀具和工件的摩擦黏结，抑制切削瘤生成，提高加工精度，一般采取油基切削液或高浓度乳化液。
c
．硬质合金刀具：
此类刀具熔点和硬度较高，化学和热稳定性较好，切削和耐磨性能比高速钢刀具要好的多。
在一般的加工中可使用油基切削液。
如果是重切削时，切削温度很高，容易极快磨损刀具，此时应使用流量充足的冷却润滑液，以
3%
5%
的乳化液为宜（采用喷雾冷却，效果更好）。
d
．陶瓷刀具
金刚石刀具
立方氮化硼刀具：
这些刀具硬度和耐磨性较高，切削时一般不使用切削液，有时也可使用水基切削液。
根据机床要求选择
选择切削液时，必须要考虑到机床结构是否适应。
一般要按照机床说明书规定的切削液品种，如没有特殊理由不要轻易更改，以免导致机床损坏。
根据经济效益选择
选择切削液必须进行综合的经济分析，正确的评价切削液的经济效益。
费用大致有：
购买切削液的费用
切削液的管理费用
切削刀具的耗损费
生产效率的提高
切削液的使用周期
切削液的废弃处理费用等诸多方面。
在加工产品的总费用里，购买切削液的费用只占很小一部分，如果正确地选用了切削液而改善了产品质量和操作环境，提高了加工效率，延长刀具的耐用度，减少了切削液补充
管理的费用
…..
从而带来显著的经济效益。
如果选用不当，会产生相反的效果。
所以需要进行综合的经济分析。
其他方面的考虑
如果选用了油基切削液，就需要强调防火安全性；
如果选用了水基切削液，就应考虑切削液的排放问题，企业应具备废液处理设施和采取相应措施。
另外需要遵循安全卫生法
消防法
污水排放法等法规。
金属成型加工是怎样的过程，金属成型加工润滑剂在此过程中有哪些作用和要求？
金属成型加工是：
利用压力加工设备（如：
锤头
冲头）或模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸的制作方法。
此过程又称少“无切削工艺”，不改变金属工件的质量和材料成分，而从一种形状转变为另一种形状。
这种加工方法可以直接做出成品或半产品，方法包括锻造
挤压
冲压
精冲
轧制
拉拔
挤拉等。
大多数成型加工过程是模具
工件和中间的润滑剂的作用。
工件材料在互相接触的中受压力作用产生塑性变形，模具表面产生法向应力，而工件在与模具相对运动时在界面处产生剪切应力，在此系统下产生摩擦和磨损。
成型加工的突出特点是工件变形时表面区域有实质性的增强，暴露出新生的初始表面；
润滑剂要保护原来和新生的表面。
润滑效果对制品的质量加工压力和所需功率以及塑性变形本身的可能性有较大影响。
金属成型加工润滑剂有以下几方面作用：
具有良好的成膜性。
膜厚不一定相同，只要能分离模具与工件表面，防止金属间的接触，保护表面不受磨损颗粒损耗即可，以提高模具的使用寿命。
降低摩擦，不仅降低对动力的需求，而且能控制整个加工表面的粗糙度，使金属变形均匀。
防止冷焊
黏着和金属转移。
即使变化的环境下，分开表面的润滑膜逐步失去，润滑剂也应能有效的防止冷焊点生成。
控制工件表面温度：
热加工时，要求润滑剂应具有良好的隔热性以保持工件温度；
冷加工和高速加工时，润滑剂则需要有冷却功能。
金属成型加工润滑剂有以下几方面要求：
应具有和模具
工件表面的反应性。
在工件通过变形区时，润滑剂应有在工件表面较高的反应性，使工件容易脱模。
如果和工件无反应，则应与模具材料反应形成保护性反应层，及时修复膜的损坏。
在贮藏与使用过程中，润滑剂应稳定，不受温度
氧化
微生物的影响，防止污染。
不应对模具和工件
机床有腐蚀作用。
容易应用和除去，残留在金属表面的残渣应对后续工序（如回火
焊接
涂漆）无害，并易除去。
安全。
所使用的润滑剂应不含毒性物质和产生有害气体，对人体无害，不刺激皮肤。
废液易于处理，符合环保要求。
金属成型加工润滑剂应该如何选择？
金属成型加工润滑剂一般有以下选择方面：
成型工艺的类型
润滑剂的实用效果明显手工艺类型所限制，只有适应特定工艺条件下的摩擦学特性，才能发挥出最佳润滑效果
成型温度条件
成型的温度范围很大程度决定润滑剂的选用。
润滑剂的高温成膜性
稳定性和隔热效果，将决定它能否在模具型腔表面形成符合一定要求的致密润滑膜。
如果所用润滑剂在成型的温度范围不能成膜，或形成的膜不能保持一些必备的性能，那么润滑剂将无法保证成型过程的顺利进行。
单位变形压力
润滑剂在模具和成型件之间形成的隔离膜，能有效的防止成型表面金属的转移。
但较高的单位变形压力是破坏隔离膜的主要因素，润滑剂只有抵御这样大的压力，才能防止模具与成型金属的直接接触。
变形程度和变形速度
显然，变形程度大而变形速度快，对润滑剂的要求就要苛刻。
润滑剂要在几乎“瞬间”覆盖好较大的新生面积，才能有效地使模具与成型金属完全隔离。
良好的性能
成型加工润滑剂需具有适当的黏度
摩擦系数和延伸性能，以满足变形过程而产生新表面的润滑需要；
并且具有良好的油性或极压性以及附着性，以承受成型加工压力的挤压。
热加工用的润滑剂要有良好的耐热性和热绝缘性，以减少热加工的热散失；
冷加工用的润滑剂要有良好的冷却性和稳定性，以使其在加工过程中不易热分解而失效。
后续处理工序的要求
润滑剂必须与后续处理工序有良好的适应性，如喷漆
电镀
焊接等工序。
金属加工液应如何维护与管理？
有以下几个方面：
A.
乳化液的维护与管理
配置乳化液时，要将水加满水箱，然后边搅拌边加乳化油。
避免将水加入油中，或用水稀释乳化油，这样会得到油包水型乳液，它不是合格的乳化液。
配置用的水很重要，含矿物质和盐的硬水会妨碍乳化过程。
水质太硬，乳化液会迅速分层，析出大量不溶于水的油和皂，影响使用效果；
水质太软，乳化液的泡沫就会增多。
对于过硬的水，可进行预处理，在水中加入
0.1%
0.3%
的三聚磷酸钠（或二乙胺四醋酸钠）能降低水的硬度，但这样也回导致细菌
霉菌的繁殖。
所以最好的方法是使用去离子水。
乳化油含有的脂肪油和不饱和酸很容易被微生物（如细菌
霉菌
藻类等）侵蚀，因此乳化油中需要含有杀菌剂。
由于添加剂的量会受到油溶解度的限制，这样会使杀菌作用降低。
微生物侵蚀乳化液后，乳液中的不饱和脂肪酸等化合物会被其分解，乳液平衡遭到破坏，将发生析油
析皂以及酸值增大等现象，这会引起乳液的腐败变质。
出现以下现象表明乳液开始变质：
产生腐败气味，扩散到车间，使操作环境恶化。
乳化液颜色从乳白色变成灰褐色。
PH
值
防锈
切削
磨削性能急剧下降。
乳液油水分离，生成沉渣或油泥，堵塞过滤网。
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