超聲波淬火技術(shù)與40cr淬火液
發(fā)布時(shí)間:2012-10-24 14:37:19
超聲波淬火就是將淬火工件加熱到淬火溫度適當(dāng)保溫后，投入具有超聲振動(dòng)的淬火槽內(nèi)冷卻，實(shí)現(xiàn)工件淬火的方法。40cr淬火液進(jìn)行淬火時(shí)由于超聲波對(duì)淬火介質(zhì)的空化作用，強(qiáng)化了淬火介質(zhì)的冷卻過(guò)程，提高了冷卻烈度和冷卻均勻性。工件的淬硬性、淬透性也得到了提高，保證了40cr淬火液的淬火質(zhì)量，適用于一些常規(guī)方法不能實(shí)現(xiàn)的某些材料的淬火。它是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種淬火新技術(shù)。
工藝原理
超聲波在40cr淬火液中的“空化”作用聲音在不同介質(zhì)中傳播的形式不同，產(chǎn)生的波也不同。在流體介質(zhì)中（包括液體與氣體），由于流體介質(zhì)沒(méi)有固體介質(zhì)那種切變彈性，無(wú)法形成橫波，所以，只能以縱波形式傳播。在這種傳播形式中，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳遞方向一致。表現(xiàn)為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的分布為周期地疏密變化。
在聲波傳遞過(guò)程中，每一個(gè)微小體積的液體介質(zhì)都處于不停被迫壓縮與弛張交替的狀態(tài)。我們?nèi)〗橘|(zhì)中某一微小體積的液體來(lái)分析它在聲波作用下的狀態(tài)：當(dāng)聲波頻率很高（20kHz以上的超聲波），強(qiáng)度又達(dá)到一定程度時(shí)，由于液體介質(zhì)剪切模量幾乎等于零，這微小體積的液體中，在聲波的某前半周受拉，使之瞬時(shí)形成空穴（氣泡），緊接著，后半周的極短的一剎那間（數(shù)萬(wàn)分之一秒數(shù)量級(jí)）又轉(zhuǎn)為受壓縮，此刻空穴以極大速度閉合而消失，伴隨產(chǎn)生強(qiáng)烈的水擊（水錘）作用，因而使這微小體積的液體介質(zhì)承受數(shù)百個(gè)大氣壓的壓力沖擊。
這種現(xiàn)象在水力學(xué)上稱之為氣蝕現(xiàn)象，又稱“空化”作用。超聲波淬火就是建立在利用這種“空化”作用來(lái)改變淬火零件與40cr淬火液之間的熱交換條件的一種先進(jìn)淬火工藝方法。
超聲波對(duì)淬火冷卻過(guò)程的影響
淬火零件在冷卻過(guò)程中，高溫區(qū)由于40cr淬火液汽化形成的汽膜隔熱使冷卻過(guò)程緩慢，造成零件的冷卻曲線向右延伸，當(dāng)零件材質(zhì)C曲線（TTT曲線）靠左時(shí)，冷卻曲線就可能與C曲線相交，這就意味著淬火零件組織可能向珠光體型組織轉(zhuǎn)變，淬火失效。
當(dāng)40cr淬火液中引入超聲波時(shí)，由于超聲波在介質(zhì)中的“空化”作用，在高溫區(qū)形成包裹在淬火零件表面的汽膜很快被擊破，40cr淬火液直接與灼熱工件接觸，完全改變了汽膜階段的換熱條件。這樣，使淬火冷卻過(guò)程迅速轉(zhuǎn)為汽泡沸騰冷卻階段，淬火零件冷卻烈度大大提高，冷卻曲線變得陡直，并向左移動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)證實(shí)：超聲波使淬火過(guò)程的整個(gè)溫度區(qū)的冷卻速度都提高了，并且最大冷卻速度往高溫區(qū)方向移動(dòng)，即汽膜冷卻階段短暫而汽泡沸騰冷卻階段的冷卻速度提高幅度較大。這一點(diǎn)對(duì)保證零件的冷卻速度大于材質(zhì)要求的淬火臨界冷卻速度，防止淬火組織往珠光體型組織轉(zhuǎn)變而得到馬氏體組織，提高零件的淬硬性及淬透性是十分有利的。
另外，超聲波可以調(diào)節(jié)40cr淬火劑的冷卻特性。超聲波對(duì)介質(zhì)冷卻特性的影響中，超聲波的持續(xù)作用時(shí)間對(duì)冷卻特性影響很大。介質(zhì)中冷卻時(shí)，其溫度變化與超聲波持續(xù)作用時(shí)間的關(guān)系曲線。
實(shí)驗(yàn)證實(shí)：超聲波持續(xù)作用時(shí)間越長(zhǎng)，在整個(gè)溫度區(qū)冷卻速度越快，油中的冷卻速度可接近水中的冷卻速度。這樣，在油介質(zhì)淬火冷卻中引入超聲波，可以在很大范圍內(nèi)（從靜水中的冷卻特性到靜油中的冷卻特性）調(diào)節(jié)油介質(zhì)的冷卻特性，從而控制工件的淬火深度和淬火硬度。
除了水和油外，超聲波對(duì)乳濁液的冷卻特性也有較大影響。如氯化鈉的水溶液與變壓器油混合而成的乳濁液，在超聲波的作用下，可以使得乳濁液中的質(zhì)點(diǎn)彌散度提高，而無(wú)須添加活性劑，能使介質(zhì)冷卻特性加強(qiáng)而且穩(wěn)定。
本文參考《淬火冷卻技術(shù)及淬火介質(zhì)》一書(shū)。
常見(jiàn)問(wèn)題
