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超声波淬火技术与40cr淬火液

发布时间:2012-10-24 14:37:19
超声波淬火就是将淬火工件加热到淬火温度适当保温后,投入具有超声振动的淬火槽内冷却,实现工件淬火的方法。40cr淬火液进行淬火时由于超声波对淬火介质的空化作用,强化了淬火介质的冷却过程,提高了冷却烈度和冷却均匀性。工件的淬硬性、淬透性也得到了提高,保证了40cr淬火液的淬火质量,适用于一些常规方法不能实现的某些材料的淬火。它是近年来发展起来的一种淬火新技术。 工艺原理 超声波在40cr淬火液中的“空化”作用声音在不同介质中传播的形式不同,产生的波也不同。在流体介质中(包括液体与气体),由于流体介质没有固体介质那种切变弹性,无法形成横波,所以,只能以纵波形式传播。在这种传播形式中,介质质点的振动方向与波的传递方向一致。表现为介质质点的分布为周期地疏密变化。 在声波传递过程中,每一个微小体积的液体介质都处于不停被迫压缩与弛张交替的状态。我们取介质中某一微小体积的液体来分析它在声波作用下的状态:当声波频率很高(20kHz以上的超声波),强度又达到一定程度时,由于液体介质剪切模量几乎等于零,这微小体积的液体中,在声波的某前半周受拉,使之瞬时形成空穴(气泡),紧接着,后半周的极短的一刹那间(数万分之一秒数量级)又转为受压缩,此刻空穴以极大速度闭合而消失,伴随产生强烈的水击(水锤)作用,因而使这微小体积的液体介质承受数百个大气压的压力冲击。 这种现象在水力学上称之为气蚀现象,又称“空化”作用。超声波淬火就是建立在利用这种“空化”作用来改变淬火零件与40cr淬火液之间的热交换条件的一种先进淬火工艺方法。 超声波对淬火冷却过程的影响 淬火零件在冷却过程中,高温区由于40cr淬火液汽化形成的汽膜隔热使冷却过程缓慢,造成零件的冷却曲线向右延伸,当零件材质C曲线(TTT曲线)靠左时,冷却曲线就可能与C曲线相交,这就意味着淬火零件组织可能向珠光体型组织转变,淬火失效。 当40cr淬火液中引入超声波时,由于超声波在介质中的“空化”作用,在高温区形成包裹在淬火零件表面的汽膜很快被击破,40cr淬火液直接与灼热工件接触,完全改变了汽膜阶段的换热条件。这样,使淬火冷却过程迅速转为汽泡沸腾冷却阶段,淬火零件冷却烈度大大提高,冷却曲线变得陡直,并向左移动。 实验证实:超声波使淬火过程的整个温度区的冷却速度都提高了,并且最大冷却速度往高温区方向移动,即汽膜冷却阶段短暂而汽泡沸腾冷却阶段的冷却速度提高幅度较大。这一点对保证零件的冷却速度大于材质要求的淬火临界冷却速度,防止淬火组织往珠光体型组织转变而得到马氏体组织,提高零件的淬硬性及淬透性是十分有利的。 另外,超声波可以调节40cr淬火剂的冷却特性。超声波对介质冷却特性的影响中,超声波的持续作用时间对冷却特性影响很大。介质中冷却时,其温度变化与超声波持续作用时间的关系曲线。 实验证实:超声波持续作用时间越长,在整个温度区冷却速度越快,油中的冷却速度可接近水中的冷却速度。这样,在油介质淬火冷却中引入超声波,可以在很大范围内(从静水中的冷却特性到静油中的冷却特性)调节油介质的冷却特性,从而控制工件的淬火深度和淬火硬度。 除了水和油外,超声波对乳浊液的冷却特性也有较大影响。如氯化钠的水溶液与变压器油混合而成的乳浊液,在超声波的作用下,可以使得乳浊液中的质点弥散度提高,而无须添加活性剂,能使介质冷却特性加强而且稳定。 本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书。 相关链接 第二十届广州国际热处理展览会

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