鍛件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質(或淬火介質)。理想的淬火介質應具備的條件是使鍛件既能淬成馬氏體,又不致引起太大的淬火應力。這就要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷,以減小急冷所產生的熱應力;在“鼻子”處冷卻速度要大于臨界冷卻速度,以保證過冷奧氏體不發生非馬氏體轉變;在“鼻子”下方,特別使Ms點一下溫度時,冷卻速度應盡量小,以減小組織轉變的應力。
常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。
● 水
水是冷卻能力較強的淬火介質。來源廣、價格低、成分穩定不易變質。缺點是在C曲線的“鼻子”區(500~600℃左右),水處于蒸汽膜階段,冷卻不夠快,會形成“軟點”;而在馬氏體轉變溫度區(300~100℃),水處于沸騰階段,冷卻太快,易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力,致使鍛件變形甚至開裂。當水溫升高,水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(如油、肥皂、泥漿等),均會顯著降低其冷卻能力。因此水適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼鍛件的淬火冷卻。
● 鹽水和堿水
在水中加入適量的食鹽和堿,使高溫鍛件浸入該冷卻介質后,在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂,將蒸汽膜破壞,鍛件表面的氧化皮也被炸碎,這樣可以提高介質在高溫區的冷卻能力。其缺點是介質的腐蝕性大。一般情況下,鹽水的濃度為10%,苛性鈉水溶液的濃度為10%~15%。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質,使用溫度不應超過60℃,淬火后應及時清洗并進行防銹處理。
● 油
冷卻介質一般采用礦物質油(礦物油)。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般采用10號、20號、30號機油,油的號越大,黏度越大,閃點越高,冷卻能力越低,使用溫度相應提高。
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種。
高速淬火油是在高溫區冷卻速度得到提高的淬火油。獲得高速淬火油的基本途徑有兩種,一種是選取不同類型和不同黏度的礦物油,以適當的配比相互混合,通過提高特性溫度來提高高溫區冷卻能力;另一種是在普通淬火油中加入添加劑,在油中形成粉灰狀浮游物。添加劑游磺酸的鋇鹽、鈉鹽、鈣鹽以及磷酸鹽、硬脂酸鹽等。生產實踐表明,高速淬火油在過冷奧氏體不穩定區冷卻速度明顯高于普通淬火油,而在低溫馬氏體轉變區冷速與普通淬火油相接近。這樣既可得到較高的淬透性和淬硬性,又大大減少了變形,適用于形狀復雜的合金鋼鍛件的淬火。
光亮淬火油能使鍛件在淬火后保持光亮表面。在礦物油中加入不同性質的高分子添加物,可獲得不同冷卻速度的光亮淬火油。這些添加物的主要成分是光亮劑,其作用是將不溶解于油的老化產物懸浮起來,防止在鍛件上積聚和沉淀。另外,光亮淬火油添加劑中還含有抗氧化劑、表面活性劑和催冷劑等。
真空淬火油是用于真空熱處理淬火的冷卻介質。真空淬火油必須具備低的飽和蒸汽壓,較高而穩定的冷卻能力以及良好的光亮性和熱穩定性,否則會影響真空熱處理的效果。
鹽浴和堿浴淬火介質一般用在分級淬火和等溫淬火中。
● 新型淬火劑
有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
聚乙烯醇常用質量分數為0.1%~0.3%之間的水溶液,共冷卻能力介于水和油之間。當鍛件 淬入該溶液時,鍛件表面形成一層蒸汽膜和一層凝膠薄膜,兩層膜使加熱鍛件冷卻。進入沸騰階段后,薄膜破裂,鍛件冷卻加快,當達到低溫時,聚乙烯醇凝膠膜復又形成,鍛件冷卻速度又下降,所以這種溶液在高、低溫區冷卻能力低,在中溫區冷卻能力高,有良好的冷卻特性。
三硝水溶液由25%硝酸鈉+20%亞硝酸鈉+20%硝酸鉀+35%水組成。在高溫(650~500℃)時由于鹽晶體析出,破還蒸汽膜形成,冷卻能力接近于水。在低溫(300~200℃)時由于濃度極高,流動性差,冷卻能力接近于油,故其可代替水-油雙介質淬火。
