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新型淬火剂的应用

王晨

（西北矿冶研究院钎具研发生产中心，甘肃白银730900）

摘要：热处理生产中淬火介质直接影响零件淬火后的性能、崎变量等。本文介
绍了KR118淬火油的使用情况，通过设计专用淬火槽，选择合理的热处理工艺参
数，使大直径钻头的热处理质量得到提高。
关键词：冷却机理；淬火介质；新型淬火剂
中图分类号：TG154.4文献标识码：B

腾期”；（2）“汽泡沸腾期”；（3）“对流传热
0前言
期”。下面对这三个阶段分别论述。
我国钎钢钎具行业上世纪60年代、70水的沸点远比钎杆的加热温度低，所以
年代的热处理生产技术没有明显的进步。80钎杆淬火后迅速使其周围的淬火液体引起
年代后期，引进了先进的技术与设备，国内物态变化。工件大量释放的热量使周围的液
一些大型骨干企业的热处理技术有了明显体迅速汽化并形成一层蒸汽膜包围住工件，
的改观。在钎具热处理过程中，冷却技术与使工件与周围的淬火介质隔开，而此时热量
装备是钎钢钎具行业发展的关键之一，淬火的逸出仅靠工件表面的热量通过蒸汽膜向
介质是生产中使用最多的工艺材料，直接影周围淬火介质辐射或对流传热。由于该辐射
响零件淬火后的性能、崎变量等。随着行业远大于周围介质从蒸气膜中取走的热量，因
的发展，企业越来越多使用具有较高的热稳此，与工件相接触的液体不断被汽化，蒸气
定性、冷速快、低挥发性和环保的冷却淬火膜的厚度不断增加。蒸汽膜是热的不良导
介质。但大部分企业采用普通水槽或油槽进体，其冷却速度缓慢，在20℃静水中冷却时
行淬火，加快对淬火液与冷却技术装备的研冷速为200℃/S，这一阶段称为“蒸汽膜形成
究和改进，提升淬火冷却技术是目前行业发阶段”又称为“汽膜沸腾期”。汽膜的性质和
展的趋势。我院目前制造的中大直径柱齿钻厚度决定了这一阶段的冷速。此阶段可以通
头与潜孔钻头直径均超过90mm，材质为过水相对于工件表面的流动（搅动），加大水
42CrMo与XGQ25，使用普通机械油与普通的压力，降低水的温度，均使汽膜变薄，冷速
水套淬火槽，淬透性差，硬度不均匀，硬化层加快。
较浅，钻头体表面软点较多。为了获得介于当到某时间后工件表面穿过蒸汽膜辐
水油之间的冷却特性以及钻头体相应的硬射到周围介质中的热量小于周围介质的汽
化深度与硬度均匀性和较小的淬火变形，采化热时，蒸汽膜的厚度逐渐减小，最后导致
用矿物油基专用淬火剂、专用淬火槽对大直破裂。蒸汽膜破裂的极限温度称之为“特性
径钻头的热处理质量提升很有意义。温度”。在20℃静水中该温度为400℃。在这
温度以下介质与工件表面不断直接接触，水
1冷却机理
不断吸收工件表面热量而汽化沸腾，将工件
淬火冷却可分为三个阶段：（1）“汽膜沸的热量带走，此阶段称为“汽泡沸腾期”。此
凿岩机械气动工具，2011（4）33
阶段的冷速与介质的汽化热关系很大，此阶
Temp℃
段水冷速可达，这个过程一直进行到
780℃/s1000
水的沸点附近。此阶段内的冷速与一系列的
900自来水
物理因素有关如水的蒸发潜热汽泡数量
。、、800
汽泡上升速度、介质表面张力等。700
当工件表面温度已降到淬火介质的沸点600
以下时，工件的冷却主要靠介质的传导与对500
N32#机油
流，工件的冷速又减慢，这时称为“对流传热400
300
阶段”。
200
大直径钻头淬火用介质的优100
2℃/s
0
化选择50100150200Rate
图机械油与水冷却对比
2.1水与普通N32#机械油的淬火缺陷1N32#
任何一种确定的液态淬火介质，都只有流速的敏感性、介质的使用温度范围宽窄，以
相当有限的适用范围，用于要求更高冷却速及介质的粘度对液温的敏感性等。
度的工件，将淬不硬；用于要求更低冷却速度一般说，冷却特性对液温的敏感性越大，
的工件，又会淬裂。当淬火工件从高于介质介质的适用范围越窄。这是因为，多个工件同
的特性温度冷却下来时，往往在工件的局部时淬火时，位于不同部位的工件，以及同一工
区域发生冷却速度突变，因此引起很大的内件的不同部位，接触的液温是不相同的。于
应力，从而可能造成超差的淬火变形与组织是，液温对介质冷却特性的影响越大，淬火后
缺陷。工件的性能均匀性就越差。按这一规律，盐
大直径钻头“油淬不硬，水淬要裂”，曾经（或者碱）水溶液的适用范围就比自来水要
是困扰我院热处理生产的一个难题。究其原宽。而淬火油的适用范围比相同冷却速度范
因，普通机油和自来水各自存在有限的适用围的水溶性介质要宽。我院选用的KR118淬
范围。从冷却速度分布情况看，在自来水和火油具有这一特性。
普通机油之间有一个相当宽的空白地带，如相对流速对冷却特性的影响越大，介质
图1所示。目前，常用淬火介质，按冷却速度的适用范围就越窄。这是因为，同时淬火时，
由慢到快的次序排列：使用温度较高