[其他]淬火方法

無效

• 申請號: 86104361
• 申請日: 1986-06-27
• 公開（公告）號: CN86104361A
• 公開（公告）日: 1987-01-07
• 發明（設計）人: 羅納德·H·哈丁;保羅·L·馬特洛克
• 申請（專利權）人: 聯合碳化公司
• 主分類號: C21D1/56
• 分類號: C21D1/56;C21D1/60
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李雒英

本發明涉及各種各樣的金屬特別是鋼材淬火的方法。該發明使用了一種油狀的水成淬火劑配方，這種淬火劑配方可在大約300℃至200℃之間提供理想的慢冷速率;并且經長時間使用后仍可保留足夠的被認為具有機械性穩定的聚合物。

淬火是將被加熱到給定高溫的金屬加工件浸入含有高熱量抽取潛力的組合物，例如水，鹽水，油或高聚物溶液的淬火浴中使其迅速冷卻的過程。冷卻速率作為時間的函數用冷卻曲線的方式描述。冷卻曲線取決于欲淬火工件的尺寸、形狀及組成以及淬火浴的組成、濃度、循環程度和穩定等因素。

典型的淬火過程分為不同的三個階段，每一階段由不同的熱傳遞機制所支配。起始淬火階段是圍繞在加工件表面形成連續的蒸汽層。通常在這第一冷卻階段冷卻速率是相對地較慢。蒸汽層的作用是圍繞在工件表面形成保溫介質。當工件表面溫度降低，蒸汽層便崩潰并開始第二冷卻階段，其特征為在工件表面上開始迅速地生成能帶走熱量的非連續的蒸汽汽泡。當工件表面的溫度進一步降低后，便出現較慢的冷卻期，術語稱“液冷階段”或“C-階段”。亞鐵類金屬的C-階段冷卻一般在低于約300℃下進行，這近似地與最可硬化合金的馬氏體轉變開始（M_S）約200%至約300℃的溫度范圍相當。典型的C-階段冷卻速率對工件的物理性能有重要的影響，因此，人們對它具有特別的興趣。

一般來說，淬火浴是根據它賦予鋼材良好的物理性能的能力進行評估。當加熱鋼材超過約800℃時，通常產生術語所說的奧氏體（austen-ite）微觀結構。在淬火期間，這種奧氏體結構可以轉變成各種另外的結構，如鐵素體，珠光體、貝氏體（bainite）和馬氏體（martensite）。各種結構中，鐵素體最軟，且富有延性，而馬氏體是最硬的組份。

奧氏體轉變成鐵素體發生在冷卻曲線高溫部分的末端，典型的是低于約800℃，而奧氏體轉變成馬丁體發生在曲線低溫部分的末端典型的是低于約300℃。迅速冷卻工件到其金屬的M_S值，使奧氏體轉變成較軟的微觀結構的程度減少到最小限度而最大限度地增加了奧氏體轉變成馬氏體的程度，這導致形成最硬的結構。

整個工件的冷卻速率并不均勻的。表面區域較之內部區域有較好的散熱能力，因此能較快地冷卻。冷卻速率上的差別導致工件內部產生誘發應力的溫度梯度。當工件迅速地冷卻到約300℃時，溫度誘發應力的結果是使工件容易發生撓曲或斷裂。

逐步冷卻是解除熱應力的一種方式。溫度誘發應力更容易導致馬氏體發生斷裂或變形，而不是使其變為更軟且富于延性的微觀結構。因此，當工件中含有較高百分比的馬氏體結構時，低于約300℃緩慢冷卻是特別關鍵的。盡管迅速冷卻到約300℃可以最大限度地使工件轉變成馬氏體結構，但是為了增強抗斷裂或抗變形，希望工件在此溫度下總的冷卻速率突然變慢，并且直到淬火完成都緩慢地進行冷卻。低于約200℃，冷卻速率傾向于均衡，所以在從約300℃至約200℃的關鍵的溫度區間由各種淬火劑配方提供的冷卻速率是值得特別注意的。

水或鹽水淬火浴在全部淬火溫度范圍內提供非常迅速的冷卻過程。由于此類淬火浴并不能在較低溫度下提供理想的慢冷速率，故通常會增加被淬火金屬的斷裂和變形的可能性。油淬火浴通常能在較低溫度下具有理想的緩慢冷卻速率，然而它不具有水所能提供的起始的迅速冷卻的能力。結果，用油淬火的金屬常常不能達到如同在水或鹽水中淬火的金屬所獲得的硬度。另外，油浴有隨著使用而變質的傾向，需要定期更換。此外由于大多數油的閃火點較低，當用作淬火劑時容易引起火災及危害安全。經過人們的努力，已經發展了一種能在高溫時具有水與鹽水淬火浴的迅速冷卻速率的特點，而在低溫時有油類緩慢冷卻速率特點的，使用各種有機聚合物的水溶液或分散體來進行淬火的淬火劑配方。

美國專利第3，022，205號中闡述了一種每加侖水含0.2至4.5克環氧乙烷聚合物的水溶性淬火介質，該聚合物的分子量在100，000到幾百萬之間。

美國專利第3，220，893號中闡述了一種金屬淬火介質，它是氧化烯類聚合物的水溶液，這種聚合物含有氧化乙烯單元和高分子量氧化烯單元，例如從環氧丙烷衍生得到的結構單元。該文中進一步描述了聚合物中氧化乙烯與氧化烯的比例，以重量計為約從70∶30到約90∶10，平均分子量從600～40，000。例舉的特效聚合物是一種聚二元醇，其中氧化乙烯單元按重量計約為75%，氧化丙烯單元按重量計約為25%，粘度在100°F約為90，000賽波特（Saybolt）秒，平均分子量約從12，000至14，000。