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     表面氧化、紋路、表面粗糙度對(duì)淬火過(guò)程有很大影響，因此也就有可能對(duì)殘余應(yīng)力和變形有較大的影響。這甚至對(duì)耐熱和耐蝕材料也是一個(gè)潛在的問(wèn)題，例如用于冷卻曲線分析的探頭所用的材料。這些因素對(duì)下列情況下的淬火開(kāi)裂也是很重要的。

    下圖中圖1和圖2所示為表面氧化對(duì)銀、Inconel合金、不銹鋼及純鐵在室溫靜水中淬火時(shí)冷卻過(guò)程的影響。這些圖表明，表面氧化對(duì)蒸汽膜階段（全膜沸騰）的冷卻特性沒(méi)有影響。但是，表面氧化提高了萊登弗羅斯特溫度，并且隨著淬火水溫的降低，這種影響將更顯著。這是由于氧化皮存在多孔表面，其熱導(dǎo)率較小，并增加了表面粗糙度值。如圖1所示，為表面氧化皮厚度對(duì)傳熱系數(shù)的影響。如圖2所示，表面氧化會(huì)導(dǎo)致冷卻不穩(wěn)定。穆拉塔（Murata) 和西尾（Nishio) 報(bào)道，冷卻性能的變化歸因于在冷卻時(shí)氧化的鋼表面同時(shí)存在膜沸騰和沸騰轉(zhuǎn)變過(guò)程。膜沸騰開(kāi)始的不穩(wěn)定性取決于鋼表面的孔洞（表面粗糙度），空氣可能會(huì)在孔洞處被捕獲。這種不穩(wěn)定性也可能是由空腔壁的幾何形狀及潤(rùn)濕性引起的。表面存在氧化的情況下引起蒸汽膜不穩(wěn)定的原因之一是淬火過(guò)程中氧化皮從表面剝落下來(lái)，如圖3所示。氧化皮剝落的程度取決于次表層的性質(zhì)，它也決定了蒸汽膜階段和整個(gè)淬火過(guò)程的性質(zhì)。

▲圖1 熱鋼板噴液冷卻過(guò)程中表面氧化皮厚度對(duì)傳熱系數(shù)的影響

▲圖2 S45C碳鋼在水中淬火時(shí)，不穩(wěn)定冷卻歸因于表面氧化皮

注：水溫30℃，試樣為Φ10mm×30mm實(shí)心圓柱

 ▲圖3 S45C碳鋼水淬時(shí)的薄層氧化皮

（由日本宇都宮市宇都宮大學(xué)的M.Narazaki提供） 

注：水溫為30℃(85F)，試樣Φ10mmx30mm實(shí)心圓柱。

      圖3中a) 圖為860℃ (1580F) 下在空氣中加熱3min，氧化皮較輕；圖b) 為860℃(1580F）下在空氣中加熱20min，氧化皮較重。這些圖說(shuō)明，一浸入水中，氧化皮就剝落成碎小片狀，如a）所示。氧化皮剝落時(shí)，較厚較大的在冷卻過(guò)程中剝落下來(lái)，一些薄層仍然留在金屬表面。在這種狀況下，金屬表面和氧化薄層之間的蒸汽對(duì)冷卻有抑制作用。在薄層掉落之后，冷卻速度將增加。

     但是，表面氧化皮較薄可以促進(jìn)傳熱速率，而且可以得到更一致的傳熱效果。據(jù)報(bào)道，AISI 4140鋼在850℃ (1560F) 下加熱1h，氧化皮厚度大約為78um；加熱4h，氧化皮厚度增加到104um，仍然小于臨界隔熱厚度200pm。在這種情況下，表面粗糙度值的增加有望使淬火初始階段表面上形成的蒸汽膜穩(wěn)定性降低而增加傳熱速率。表1所列為S45C和SK4在水中淬火時(shí)表面氧化對(duì)淬火開(kāi)裂的影響。

表1 表面氧化對(duì)鋼盤淬火開(kāi)裂的影響

注：在30℃下的水中淬火；向上噴嘴

噴射攪拌，鋼盤尺寸為Φ20mmx60mm

     一項(xiàng)不同的研究驗(yàn)證了氧化皮的存在對(duì)淬火特性的影響。如圖4所示為氧化皮對(duì)在靜態(tài)快速淬火油中淬火得到的冷卻曲線的影響。與無(wú)氧化皮的試樣對(duì)比，厚度小于0.08mm (0. 003in) 的氧化皮增加了1095鋼的冷卻速率，但厚度為0.13mm（0.005in) 的氧化皮則減緩了冷卻速率。對(duì)于18-8不銹鋼，與無(wú)氧化皮的試樣對(duì)比很薄的氧化皮，如厚度為0. 013mm (0. 0005in) ，也同樣增加了冷卻速率。在上文提到的 AISI 4140鋼表面氧化的影響的研究中報(bào)道，需要達(dá)到大約200um的臨界隔熱厚度，才能觀察到淬入礦物油時(shí)冷卻速率下降了10%。如果這個(gè)臨界隔熱厚度低于 200um，由于氧化皮的形成增加了表面粗糙度值，將導(dǎo)致冷卻速率增加。

▲圖4 氧化皮對(duì)1095鋼和18-8不銹鋼無(wú)攪拌快油中淬火冷卻曲線的影響

 a) 1095鋼［油溫為50℃] 

b)18-8不銹鋼［油溫為25℃］ 

注：試樣Φ13mmx64mm實(shí)心圓柱

     橫截面尺寸對(duì)冷卻時(shí)間與溫度和冷卻速率的影響如圖5所示，該圖表明，淬火靈敏度隨著橫截面尺寸的減小而提高。這就是用相當(dāng)小直徑（Φ10~ 12.5mm) 的探頭來(lái)研究淬火冷卻介質(zhì)和淬火過(guò)程的原因之一，但是沒(méi)有采用更小的直徑是因?yàn)閺臓t子移到淬火冷卻介質(zhì)中時(shí)溫度控制較為困難。如圖6和圖7所示，分別為質(zhì)量和橫截面尺寸對(duì)碳鋼淬入水中和油中的冷卻曲線的影響，圖8總結(jié)了各種不同直徑試棒在靜止空氣中淬火時(shí)心部位置的數(shù)據(jù)。淬火冷卻介質(zhì)對(duì)小橫截面試棒冷卻的綜合影響如圖9所示。

▲圖5 典型加速淬火油的冷卻曲線與探頭尺寸的關(guān)系

注：探頭材料304，中心嵌入K型熱電偶浴溫65.5℃，探頭表面流速15m/min

▲圖6  淬水時(shí)零件質(zhì)量和截面尺寸對(duì)冷卻曲線的影響

▲圖7 淬油時(shí)零件質(zhì)量和截面尺寸對(duì)冷卻曲線的影響

▲圖8 靜止空氣中淬火數(shù)據(jù)匯總

▲圖9 各種直徑×100mm的帶孔圓棒的冷卻曲線

依次為水，普通油，快速油

     熱處理操作者可以采取多種影響淬冷烈度的方法，其中許多具有顯著效果，但唯一能確定在熱鋼淬入淬火冷卻介質(zhì)中后可以有效改變淬冷烈度的因素就是攪拌。當(dāng)淬入可蒸發(fā)淬火冷卻介質(zhì)，如水、鹽水、石油及水溶性聚合物溶液中時(shí)，了解這些影響因素尤其重要。對(duì)于這些淬火冷卻介質(zhì)，鋼件一經(jīng)淬入，蒸汽膜就在熱鋼件表面形成了。這是很重要的，因?yàn)檎羝さ暮穸冗^(guò)大及其不穩(wěn)定性最常見(jiàn)的造成淬火不一致的因素之一，并將導(dǎo)致變形和開(kāi)裂傾向增加（圖10) 。但是，有效地增加流經(jīng)熱鋼件液體的均勻性和流速，如將流速增加到50~60m/min，理論上可使蒸汽膜破裂，從而得到期望的更均勻的傳熱效果。本節(jié)將概述淬火過(guò)程中影響攪拌的因素。

 ▲圖10 將一根25mm (lin) 的奧氏體型鋼方

棒淬入室溫的水中，清楚地說(shuō)明了蒸汽膜層立即形成。

這張照片拍攝于浸入后僅0. 0001s。

      在所有帶攪拌的淬火槽中，槽中各點(diǎn)的攪拌程度和特點(diǎn)都是有區(qū)別的。這些區(qū)別在噴液淬火中更加顯著。雖然很難準(zhǔn)確地描述和測(cè)量攪拌，但是控制攪拌的主要因素還是廣為人知，包括液槽的大體外形、工件所處的位置、液流流向、攪拌器類型、液流速度及功率消耗等。在噴霧或噴射淬火中，還包括其他因素，如噴頭的形狀、排列及相對(duì)于工件的位置布局等；噴射的壓力、速度及尺寸；單位時(shí)間內(nèi)所用淬火冷卻介質(zhì)的總體積等。淬火（液流）速度主要取決于攪拌模式，對(duì)于不超過(guò)0.9m/s的低速，在重力作用下浸入就能達(dá)到。而要達(dá)到1.1~1.8mm/s的速度，則需要用手工上下循環(huán)操作，或者按“8”字形運(yùn)動(dòng)，行程要超過(guò)510mm (20in) 。 “套圈”噴霧淬火的速度通常為4.6~30m/s，有些特殊的應(yīng)用要求速度達(dá)到150m/s。

      淬火槽中的劇烈攪拌會(huì)產(chǎn)生大量的渦流。這種情況通常伴隨著由螺旋漿或攪拌噴嘴的位置及液槽的形狀造成的系統(tǒng)性的大幅度運(yùn)動(dòng)。對(duì)于那些由于外形原因而無(wú)法得到細(xì)流或緩流完全覆蓋的零件來(lái)說(shuō)，劇烈攪拌能很好地滿足均勻冷卻的需要。大量的湖流渦流能夠給不規(guī)則形狀的工件全部表面帶來(lái)均勻一致的充足液流，從而使工件得到充分的淬火。

     實(shí)現(xiàn)淬火冷卻介質(zhì)的攪拌有幾種途徑。在常見(jiàn)的淬火槽中，淬火冷卻介質(zhì)的循環(huán)通常通過(guò)用泵或機(jī)械螺旋槳，工件在淬火冷卻介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)（依靠重力落入），靠人工或機(jī)械使工件運(yùn)動(dòng)。

      選擇哪種攪拌方式，取決于液槽的設(shè)計(jì)、淬火冷卻介質(zhì)的類型和體積、零件設(shè)計(jì)以及淬火需要的烈度。

      泵是很常用的設(shè)備，因?yàn)樗峁┝艘龑?dǎo)淬火冷卻介質(zhì)的可控方法。而且，淬火冷卻介質(zhì)液流也很容易在槽里循環(huán)，而不是固定在一個(gè)位置。將油作為淬火冷卻介質(zhì)而且采用冷卻系統(tǒng)時(shí)，泵用來(lái)使油在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)，同時(shí)也用于攪拌。對(duì)于噴射淬火這種能快速帶走工件內(nèi)腔中熱量的方式來(lái)說(shuō)，循環(huán)泵是首選。

     熱工件依靠重力落入淬火冷卻介質(zhì)的方案，經(jīng)常用在重量輕，比表面積大的零件的淬火中。如果使用泵或者機(jī)械攪拌，則工件很可能在淬火槽中發(fā)生漂移，用常規(guī)的傳送帶將很難把零件從淬火槽中帶出。

     在鋼的淬火過(guò)程中，通常希望工件在大約540℃ (1000F) 以上的溫度時(shí)得到最快速的冷卻。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，工件通常被蒸汽膜所包圍，冷卻速度最慢。為了加速此溫度區(qū)間內(nèi)的冷卻過(guò)程，并去掉外面的“殼”，零件在淬火冷卻介質(zhì)中迅速地相對(duì)運(yùn)動(dòng)是必要的。對(duì)于小型零件且產(chǎn)量較低的情況，可以通過(guò)用人工使工件、料筐或者托盤在淬火冷卻介質(zhì)中以8字形移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。工件也可以相對(duì)于淬火冷卻介質(zhì)做（單純的）機(jī)械運(yùn)動(dòng)。例如，有時(shí)候使軸在淬火冷卻介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)以達(dá)到攪拌的效果。

     當(dāng)需要淬火的零件的形狀和尺寸多種多樣時(shí)，用螺旋槳攪拌是最令人滿意的方法，因?yàn)樗墚a(chǎn)生劇烈的運(yùn)動(dòng)。除了可以提供有效的攪拌，螺旋槳作為一種獨(dú)立的機(jī)械式攪拌器，其結(jié)構(gòu)緊湊，不需要管道系統(tǒng)，拆卸和維護(hù)也很容易。螺旋槳必須被合適地安裝在淬火槽中，以保證其有效運(yùn)行。    

      螺旋槳通常安裝在靠近淬火液槽底部的地方，以產(chǎn)生最理想的攪拌效果。被螺旋槳加速的液體將做螺旋運(yùn)動(dòng)，方向與螺旋槳葉片的旋轉(zhuǎn)方向一致。高速液流從螺旋槳上離開(kāi)后，在液槽底部流過(guò)并四散鋪開(kāi)，一碰到對(duì)面的壁上，液流便改道向上并保持與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向一致。這造成了在液體的總體旋轉(zhuǎn)中，有一部分被循環(huán)回螺旋槳的液體所打斷。因此，槽中淬火冷卻介質(zhì)的總體運(yùn)動(dòng)包括一個(gè)漩渦樣的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)上下運(yùn)動(dòng)。螺旋槳攪拌器可以是頂入式或側(cè)入式的，如圖11和圖12所示。側(cè)入式螺旋漿攪拌器一般安裝在地面以下，減少占地面積；頂入式螺旋槳攪拌器需要更大的占低地積，但安裝時(shí)少了一些挖地工程。對(duì)整體淬火爐來(lái)說(shuō)，這里討論一種用密歇根船用螺旋槳（P/D=1) 多定流經(jīng)負(fù)載的淬火油流速的替代方法。

     許多老式油淬系統(tǒng)，包括整體淬火爐和連續(xù)推盤式滲碳爐，為了攪拌油，都裝有船用螺旋漿，用圍欄引導(dǎo)油流從底部向上通過(guò)工件，以得到強(qiáng)烈攪拌淬火系統(tǒng)。已證明通過(guò)工件的油的流速達(dá)到60m/min (200ft/min) 時(shí)，有利于得到理想的金相組織（通過(guò)機(jī)械地破壞熱鋼件一浸入就覆蓋在其表面的蒸汽膜，實(shí)現(xiàn)表面和心部硬度的一致性以及預(yù)期的零件變形和尺寸變化的一致性）。

▲圖11 帶有4個(gè)頂入式螺旋攪拌器的淬火油槽

▲圖12  容積10m3帶有3個(gè)側(cè)入式螺旋槳攪拌器的淬火槽

      圖13所示的計(jì)算圖表能用來(lái)測(cè)量現(xiàn)有系統(tǒng)的流速，以及要達(dá)到期望的流速應(yīng)對(duì)系統(tǒng)所做的調(diào)整。下面以一個(gè)實(shí)例介紹這個(gè)計(jì)算圖表的使用方法。

     測(cè)量油的流速時(shí)需要知道以下參數(shù)：

  1) 攪拌系統(tǒng)

    需要知道船用螺旋槳攪拌器（一般為1~2個(gè)）的轉(zhuǎn)速（r/min) 。這可以用轉(zhuǎn)速表在螺旋槳軸上進(jìn)行測(cè)量，或者用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速乘以電動(dòng)機(jī)帶輪直徑再除以螺旋槳帶輪來(lái)計(jì)算。

▲圖13 標(biāo)準(zhǔn)方形工業(yè)螺旋槳（2~3葉片密歇根機(jī)器螺距式（M/P) 螺旋槳），當(dāng)用于水中攪動(dòng)時(shí)，近似液體運(yùn)動(dòng)的諾模圖（Q) (詳見(jiàn)諾模圖）

注：圖中解的范圍比具體用到的更多。液

體運(yùn)動(dòng)（Q) 尤其如此，在實(shí)際中，它可

能用到全部刻度值的-30%~+20%（對(duì)

所指的SHP或N數(shù)據(jù)可能有用，也可能無(wú)

用）。然而，當(dāng)僅限于用在單個(gè)容器內(nèi)攪

拌或攪動(dòng)時(shí)，它們的數(shù)據(jù)是這種螺旋槳的

動(dòng)力和額定值的可靠指標(biāo)（不包括異常狀

態(tài)）。它不能擴(kuò)大應(yīng)用于經(jīng)過(guò)管道、過(guò)濾

裝置等定向運(yùn)動(dòng)的液體，或者要求一定壓

力或壓頭的其他特定阻力狀態(tài)下的定向運(yùn)

動(dòng)液體，經(jīng)密歇根車輪公司許可使用。

 2) 螺旋槳直徑

     通常可以在原始淬火槽圖樣上找到該尺寸；如果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)修改，則需要實(shí)測(cè)。

 3) 油流動(dòng)必經(jīng)（一定覆蓋、流過(guò)）區(qū)域的投影面積

     一般比淬火裝載區(qū)各方向上的尺寸大幾厘米。例如，對(duì)于一個(gè) 76cm×122cm (30inx48in) 的固定托盤，油流動(dòng)的投影面積可能是 91cmx137cm（36inx54in)。

4) 修正計(jì)算圖表讀數(shù)

    如果是100SUS [通用賽波特（Saybolt) 粘度計(jì)秒數(shù)］的快速油淬，則需進(jìn)行修正，否則可以直接使用計(jì)算圖表中的數(shù)值。
     例：有兩個(gè)螺旋槳攪拌器，螺旋槳直徑為20in。螺旋漿軸的轉(zhuǎn)速都是390r/min。作一條直線，連接右邊轉(zhuǎn)速為390r/min的點(diǎn)和螺旋槳直徑為20in 的點(diǎn)，可得液體流量約為6000gal/min，發(fā)動(dòng)機(jī)功率約為5hp (每個(gè)螺旋槳），一共12000gal/min。假設(shè)有231in3/gal，投影面積是36in×54in，即1944in，則：

12000gal/minx231in3/gal=2772000 in3/min，

流速為：2772000in/min1944in2=1426in/min 或119ft/min

     為了將流速增加到 200ft/min，大約需要20000gal/min的流量（每個(gè)螺旋槳需要10000gal/min) 。要達(dá)到這個(gè)流速，需要使用15hp的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且每個(gè)螺旋槳應(yīng)重新設(shè)置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速為600r/min。

      定向攪拌可以通過(guò)泵、螺旋槳及零件（甚至可以與水下敞口噴射組件一起）的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。另一種常見(jiàn)的在淬火槽中有效實(shí)現(xiàn)定向流動(dòng)的方法是使用導(dǎo)流筒式泵（用一個(gè)筒將螺旋槳圍住），如圖14所示。

▲圖14 導(dǎo)流筒式螺旋槳泵的特點(diǎn)注；設(shè)計(jì)這樣的導(dǎo)流筒系統(tǒng)是為了統(tǒng)一控制液流的方向，例如從槽底部到頂部向上流經(jīng)工件。

     以下特點(diǎn)可使導(dǎo)流筒發(fā)揮其最大的作用：

     1) 液槽底部有一個(gè)向下的泵流通道。

      2) 30°的喇叭形人口可使水壓頭損失最小、兼在入口處形成等速水流分布。

     3) 液體覆蓋范圍高出導(dǎo)流筒頂部的距離至少是筒直徑的一半，以避免出現(xiàn)流量限制及對(duì)入口速度分布的破壞。         4）用防氣穴或內(nèi)置整流葉片放置液體產(chǎn)生旋渦。    

      5) 螺旋槳插人點(diǎn)定位恰當(dāng)，根據(jù)入口速度分布的需要，進(jìn)入導(dǎo)流筒的深度應(yīng)至少等于導(dǎo)流筒直徑的一半；直徑處的配合應(yīng)足夠緊，以防止液體沿導(dǎo)流筒側(cè)面流動(dòng)。    

     6) 應(yīng)具有抗撓曲能力，以抵抗偶然的高撓度。

      測(cè)量液體流速的方法有很多種。這里只討論其中最常用的兩種：米德（Mead) 渦輪測(cè)速儀法和皮托（Pitot) 管法。

     米德渦輪測(cè)速儀是最簡(jiǎn)單也最直接的流速測(cè)量?jī)x器之一，如圖15所示。這種儀器是一種機(jī)械式的流量裝置，有一個(gè)與手柄相連的渦輪葉片，將其簡(jiǎn)單地浸人待測(cè)點(diǎn)即可。渦輪（也稱軸流式渦輪）流量計(jì)將渦輪在液體中的機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成使用者可讀的流量值（gal/min、L/min等）。如圖所示，渦輪葉片位于手柄末端，被放置在待測(cè)液流將流經(jīng)的路徑上，液流撞擊葉片，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，記錄下轉(zhuǎn)速，這個(gè)轉(zhuǎn)速與流速存在一定的比例關(guān)系。

▲圖15  米德渦輪測(cè)速儀

      如果流體的黏度和密度是已知，那么可以很容易地計(jì)算出雷諾數(shù)，因?yàn)闇y(cè)量頭的橫截面積是已知的。線性流動(dòng)速度可以從測(cè)量裝置上直接得出。

     雷諾（Re) 數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱量，用來(lái)定量地表征不同的流動(dòng)狀態(tài)，如層流或紊流。層流發(fā)生在低雷諾數(shù)時(shí)（Re＜2300) ，它是具有平穩(wěn)、恒定特征的流體運(yùn)動(dòng)。紊流發(fā)生在高雷諾數(shù)時(shí)（Re＞4000)，其流動(dòng)紊亂。雷諾數(shù)為2300~4000時(shí)被認(rèn)為是過(guò)渡流動(dòng)。雷諾數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：

v——液體的平均流速（m/s) ；

L——液體行程（m) ；

μ——液體的動(dòng)力黏度［Pa·s或N·s/m2或kg/ (m·s) ]；

v——運(yùn)動(dòng)黏度（m2/s) ，(v=k/p)；

ρ——液體的密度（kg/m³) 。

     皮托管雖然不適合測(cè)量渦流速度（因?yàn)樗嵌喾较虻模湓跍y(cè)量單向速度時(shí)是有用的，如層狀流或噴射流的速度。皮托管流速計(jì)的原理如圖16 所示。制作這種管子時(shí)，可以將Φ6.5mm (Φ1/4in) 的玻璃管拔成內(nèi)徑大約為0.4mm（1/64in) ，然后將拔出端磨平并與管的軸線成直角。也可以用金屬制作，只要保證開(kāi)口如刀削一樣平并與管的軸線成直角即可。將一個(gè)合適的布爾登壓力計(jì)或流體測(cè)壓計(jì)用橡膠或透明塑料軟管連接到皮托管上。如果需要進(jìn)行精密測(cè)量，則必須對(duì)任一淬火冷卻介質(zhì)超出皮托管上開(kāi)口水平線的柱高做一下修正。皮托管的軸線必須與所測(cè)液流精確平行，而且要位于其中心線上。管與液流對(duì)正后，記錄最高的壓力讀數(shù)。當(dāng)液流沖擊管子時(shí)，液體流速被轉(zhuǎn)化為水壓頭（壓力差），進(jìn)而被壓力計(jì)測(cè)得。按下式將水壓頭h (m) 轉(zhuǎn)化為流速(m/s)。

式中，

K——皮托管常數(shù)（通常取1.0，或接近1.0)；

g——重力加速度（9.8m/s2或32.2ft/s2) 。

▲圖16  皮托管流速計(jì)的原理

    圖17所示，為皮托管的校準(zhǔn)圖。

▲圖17  皮托管的校準(zhǔn)圖

a）低速區(qū)域  b）全區(qū)域

     淬火系統(tǒng)有兩個(gè)組成部分：淬火冷卻介質(zhì)和用來(lái)完成淬火操作的設(shè)備。在設(shè)備方面，不同淬火操作的要求可能區(qū)別很大。一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械零件的小車間，每天可能只需要淬幾個(gè)簡(jiǎn)單的碳鋼零件，每個(gè)零件的質(zhì)量大概只有幾公斤。對(duì)于這樣的用途，淬火系統(tǒng)包括一桶水、一根連接水源的管子，以及一根通往下水道的排水管。操作裝備也簡(jiǎn)單，只需要一把鉗子（夾具）。隨著淬火工作量和工件復(fù)雜性的增加，淬火系統(tǒng)也就理所當(dāng)然地需要其他各種設(shè)備了。

      對(duì)于一個(gè)完整的淬火系統(tǒng)，通常需要配備和安裝以下功能設(shè)備：淬火槽或機(jī)器、用于搬運(yùn)完成淬火的零件的工具或設(shè)備、淬火冷卻介質(zhì)、攪拌設(shè)備、冷卻器、加熱器、泵和濾網(wǎng)或過(guò)濾器、淬火冷卻介質(zhì)供應(yīng)槽（給水箱）、通風(fēng)及安全防護(hù)設(shè)備、將槽內(nèi)的水垢或沉淀物自動(dòng)除去的設(shè)備。

     淬火冷卻介質(zhì)的分類依據(jù)是冷卻過(guò)程中將熱量從鋼件上帶走的相對(duì)能力，這對(duì)于確定某種淬火冷卻介質(zhì)是否適用于特定的淬火場(chǎng)合是很關(guān)鍵的。多年來(lái)，用來(lái)表征淬火冷卻介質(zhì)散熱效率的方法有很多種，包括末端淬火（端淬）試驗(yàn)、橫截面硬度測(cè)量、冷卻曲線分析、格羅斯曼淬冷烈度值（H) 等。在這些方法里，格羅斯曼H值仍舊是量化淬火冷卻介質(zhì)烈度的應(yīng)用最廣泛的方法之一。如圖18所示，為不同淬火冷卻介質(zhì)特有的H值范圍。

▲圖18 根據(jù)格羅斯曼H值對(duì)淬火冷卻介質(zhì)分類示意圖

注：評(píng)估一種淬火冷卻介質(zhì)是否適用，不僅要看工件橫截面尺寸的大小，還要看材料的淬透性

      圖18給出了一種按格羅斯曼H值選擇淬火冷卻介質(zhì)的方法，也可以采用表格形式將各種淬火冷卻介質(zhì)的格羅斯曼 H值列舉出來(lái)，見(jiàn)表2 。

▼表2 典型淬火條件及其對(duì)應(yīng)的格羅斯曼H值

     表2中所列數(shù)據(jù)用處是有限的，因?yàn)椴⒉恢馈傲己谩薄爸械取薄皬?qiáng)力”“高速”攪拌的實(shí)際流速是多少。取而代之，測(cè)量得到的傳熱系數(shù)（見(jiàn)表3) 和熱流密度則有定量意義。但是在大多數(shù)情況下，必須得到所研究的淬火冷卻介質(zhì)和淬火系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)經(jīng)常是用戶所特有的。一般來(lái)說(shuō)，除了強(qiáng)烈淬火以外，淬冷烈度越大，由淬火冷卻介質(zhì)造成的工件變形和開(kāi)裂傾向增加得就越多。這通常是熱應(yīng)力增大的結(jié)果，而不是相變應(yīng)力所致。在各種國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)和公司標(biāo)準(zhǔn)中，都提出了選擇淬火冷卻介質(zhì)的特定或有要求的方法。

▼表3  各種淬火冷卻介質(zhì)的典型傳熱系數(shù)   

      其他關(guān)于淬火冷卻介質(zhì)選擇的普遍觀點(diǎn)包括：1) 大多數(shù)合金鋼零件應(yīng)采用油淬，以使變形最小。 2) 大多數(shù)小型零件，或者大一些的需要進(jìn)行磨削加工的零件，可以采用自由淬火。較大的齒輪（一般是指大于205mm) , 需要采用壓模淬火來(lái)控制變形。類似的齒輪以及襯套之類的零件在淬火時(shí)一般用塞子把花鍵處塞住，塞子通常用 AISI 8620 鋼制造。 3) 雖然降低淬冷烈度能減小變形，但是也可能帶來(lái)不期望得到的顯微組織，如滲碳零件中形成上貝氏體（淬火珠光體）。4) 在熱油中（150~205℃或者 300~400°F）淬火可以降低淬火速率；用熱油淬滲碳鋼件時(shí)，會(huì)形成性能與馬氏體相近的下貝氏體。5) 一般來(lái)說(shuō)，等溫淬火可以獲得較小的變形，方法是將零件淬入稍高于Ms點(diǎn)溫度的淬火冷卻介質(zhì)中。殘留奧氏體的形成是一個(gè)很顯著的問(wèn)題，尤其是在錳和鎳作為主要合金成分的鋼中。最適合采用等溫淬火的鋼是普通的碳鉻鉬合金鋼。6) 水基聚合物淬火冷卻介質(zhì)經(jīng)常用來(lái)代替礦物油，但是淬冷烈度仍然是需要首要考慮的問(wèn)題。7) 氣體或空氣淬火變形最小，如果鋼的淬透性足夠，能得到理想的性能，則可以采用。8) 低淬透性鋼一般淬入鹽水或強(qiáng)力攪拌的油。但是，即使是如此激烈的淬火，仍然會(huì)形成不良的顯微組織，如鐵素體、珠光體或貝氏體等。

     因?yàn)榇慊鸩墼谠O(shè)計(jì)、外形、尺寸及操作方式上千差萬(wàn)別，所以無(wú)法指定維護(hù)保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)流程。大型淬火設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)的典型流程如下所述。

6.2.1 油淬 

    1) 每天：檢查淬火槽油位；檢查油溫；檢查油過(guò)濾器壓力；檢查油泵和油液流量；在每個(gè)油淬系統(tǒng)中，用測(cè)針檢查確認(rèn)淬火效果。   

     2) 每周：檢查生產(chǎn)系統(tǒng)中油的淬火速度；如果系統(tǒng)中不含油過(guò)濾器，則檢查油中的沉淀物；檢查油溫控制儀和控制設(shè)定。   

     3) 每月：抽空淬火槽，除去沉淀物（污泥）（如果底部沉淀物抽樣檢測(cè)結(jié)果顯示有必要）。    

     4) 每半年：檢查熱交換器管、管道和泵；必要時(shí)更換油過(guò)濾器。檢查過(guò)濾器前面的濾網(wǎng)；檢查儲(chǔ)油槽中的沉淀物、滲水情況；校準(zhǔn)油溫表。至少每半年檢查一次黏度［以下實(shí)例可說(shuō)明這一點(diǎn)很關(guān)鍵：快速淬火油在38℃ (100°F）下的粘度由 95SUS變成 110SUS，導(dǎo)致螺旋齒輪滲碳后淬火工藝不受控制，最后只好換新油。]  ；檢查油的污染情況。

6.2.2 水淬  

     1) 每天：檢查水溫；檢查水壓；檢查水循環(huán)。    

     2) 每周：抽干水槽，清理污泥；如果水是再循環(huán)使用的，則應(yīng)采取必要的化學(xué)措施，以防止鈣化合物在管道內(nèi)積聚。

6.2.3 鹽水淬火 

     1) 每天：檢查鹽水溫度；檢查鹽水濃度，需要時(shí)調(diào)整。    

     2) 每周：抽干鹽水槽，清理污泥；檢查泵和水槽情況；檢查淬火裝置有無(wú)惡化的跡象。