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分析和控制淬火变形的冷却速度带法介绍(5)
至此，在解决工件淬火变形方面，可以把热处理环节的工作简化成：移动与缩短冷却速度带，使其完全落在它的第Ⅱ冷速区内。为了做好这项工作，应当对影响工件冷却速度带位置和宽度的主要因素做一番研究。调节某个影响因素，以求控制工件冷却速度带的位置和宽度，这就成为一项控制工件淬火变形的措施。由于诸多影响因素(也就是措施)最终都作用在同一个工件上，又有必要研究各因素之间的相互关系。
五、影响工件冷却速度带位置和宽度的因素分析
1．影响冷却速度带宽度的主要因素
(1)工件的形状大小在相同冷却条件下，工件的大小不同，获得的冷却速度带是不一样的。今有材质相同、形状相似但厚薄不同的两个简单形状的钢件。在加热和冷却条件相同的情况小，小件获得的冷却速度总是比大件快，因此小件的冷却速度带偏左。又因小件不同部位的温度差较小，而大件的更大，因此小件的冷却速度带较窄，而大件的更宽，如图1O所示。一个形状复杂的工件，总可以分割成是多个形状大小不同的简单工件。分出的每一个简单工件，都可以看成原形状复杂工件的组成部件。因此，可以粗略地认为，形状复杂工件，其冷却速度带的快端，即是其组成部件中最薄小件的快端；而其慢端则是其组成部件中最厚大件的慢端。只由两个组成部件n和b组成的复杂工件c，它的冷却速度带的快端和慢端，就分别是小件n的快端和大件b的慢端，如图1O所示。由此可以推定出这样的结论：工件的形状越复杂、厚薄相差越大，其冷却速度带也就越宽；相反，工件形状越简单、厚薄相差越小，其冷却速度带也就越窄。复杂件c的冷却速度带的宽度L 与n、6两个简单件的冷却速度带的宽度L 和 的关系可以粗略地表示成：L =L +Lb (1) 需要说明的是，式(1)中的相加关系是集合代数上的相加(并)关系，而不是算术上的简单相加关系。
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(2)淬火冷却中工件的装挂方式淬火冷却中，工件的装挂方式会直接影响到工件冷却速度带法的宽窄。在每次只淬一个工件的场合，采取能使工件的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些的淬火装挂方式，它所形成的冷却速度带就窄；相反，如果采取像宁波市神光电炉有限公司的装挂方式使工件的薄小部分冷得更快，而厚大部分冷得更慢，它所形成的冷却速度带就宽。在多个工件同时淬火的生产方式中。如果采用的工装具和工件的装排方式能使装放在不同部位的工件都获得尽可能相同的冷却条件和冷 却效果，就可以减小不同工件之间的冷却速度带的宽度差，从而缩短工件群体的冷却速度带(后续的文章将对工件群体的问题做专门讨论)。如果采取的装挂方式不仅能获得这种均匀性，同时还能使工件上的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些，则其缩短工件群体和个体的冷却速度带的作用就更大些。在大量工件的淬火生产中，这是一个值得重视的大问题。
(3)冷却介质的特性温度问题液态冷却介质的特性温度问题对工件冷却速度带宽度的影响，可以用图11所示的例子了加以说明。一个上小、下大的工件，在水中做淬火冷却。图11中描绘的是工件的上半部分进入了沸腾冷却阶段，而下半部分尚在冷却的蒸汽膜阶段时的情形。在沸腾冷却区与蒸汽膜笼罩区的分界线上下，工件表面获得的冷却速度有很大差别。沸腾冷却区的冷却速度比蒸汽膜笼罩区的要快几倍到十几倍!本来，锥体上下一线之隔的厚度差异是很小的。但是，由于水的特性温度问题，使它们分别处于两个不同的冷却阶段，因此产生了很大的冷却速度差异。
为更直观地表述这种影响，我们把冷却速度上的差异设想成有效厚度上的差异。可以说，液态淬火介质的特性温度问题使工件上厚的部分变得更厚了。随着冷却的进行，上述分界线要逐步向下移。这样，对于它所扫过的表面来说，这种厚度差异只在短时间内存在。因此，我们把它称为“由特性温度问题引起的短时厚度差异”，简称“短时厚度差”。短时厚度差大多发生在工件温度比较高、塑性比较好的时候。上面谈到，神光电炉工程师为减小工件的淬火变形，我们总是设法使工件上比较厚大的部分冷却得更快一些，使薄小的部分冷却得更慢一些，以求减小冷却速度带的宽度。然而，液态冷却介质的特性温度问题的存在，却引起了相反的效果：使厚的部分冷却得更慢，而使薄小的部分冷却得更快，其间的快慢差异非常之大。这必然加大工件冷却速度带的宽度。液态冷却介质的特性温度问题的危害就在于此。冷却过程中，上述分界线出现的位置、以及该分界线移动的方向和速度，都常常随工件的形状大小、生产中的装挂方式和工件所处的位置而变。其结果，因特性温度问题引起的淬火变形的一个重要特点就是“散乱而无规律”。
淬火油的特性温度问题比水性淬火介质的小。工件的淬火加热温度一般都低于所用盐浴的特性温度，因此，用低温盐浴作淬火冷却介质，往往没有特性温度问题。这是用低温盐浴淬火能减小工件的淬火变形的重要原因之一。在水中溶人10％以上的无机盐，可以提高水的特性温度，减小短时厚度差异的作用时间。从而减小工件的淬火变形程度。
(4)等温分级淬火法等温分级淬火法，通过分段冷却，让冷得快的薄小部分减慢冷却速度，去等待冷得慢的厚大部分赶上来，从而缩短工件的冷却速度带。工件冷却过程中分级(等待)的次数越多，冷却速度带就缩得越短。在前面图8的解说中，已经用冷却速度带法对等温分级淬火法做了相应的解说。需要指出的是，通常的分级等待，虽然能缩短冷却速度带，但是它同时又使工件的冷却速度带向右移。因此，只适用于较薄小工件，或者淬透性更好的材料所制的工件。
(5)注意所用措施对冷却速度带左右边界的不同作用所有措施都通过移动冷却速度带的左右边界来改变它的宽度。但是，不同的措施移动左右边界的程度是不相同的。比如，特性温度问题一般只使冷却速度带的右边界向右移，而很少改变其左边界的位置。改变工件的形状大小时，由薄小部分的有效厚度是否改变及其改变程度，来决定冷却速度带的快端的移动方向和大小；由厚大部分的有效厚度的改变情况，来决定慢端位置的移动方向和大小。其他措施的作用，也可以根据实际情况来分析确定。
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五、影响工件冷却速度带位置和宽度的因素分析
1．影响冷却速度带宽度的主要因素
(1)工件的形状大小在相同冷却条件下，工件的大小不同，获得的冷却速度带是不一样的。今有材质相同、形状相似但厚薄不同的两个简单形状的钢件。在加热和冷却条件相同的情况小，小件获得的冷却速度总是比大件快，因此小件的冷却速度带偏左。又因小件不同部位的温度差较小，而大件的更大，因此小件的冷却速度带较窄，而大件的更宽，如图1O所示。一个形状复杂的工件，总可以分割成是多个形状大小不同的简单工件。分出的每一个简单工件，都可以看成原形状复杂工件的组成部件。因此，可以粗略地认为，形状复杂工件，其冷却速度带的快端，即是其组成部件中最薄小件的快端；而其慢端则是其组成部件中最厚大件的慢端。只由两个组成部件n和b组成的复杂工件c，它的冷却速度带的快端和慢端，就分别是小件n的快端和大件b的慢端，如图1O所示。由此可以推定出这样的结论：工件的形状越复杂、厚薄相差越大，其冷却速度带也就越宽；相反，工件形状越简单、厚薄相差越小，其冷却速度带也就越窄。复杂件c的冷却速度带的宽度L 与n、6两个简单件的冷却速度带的宽度L 和 的关系可以粗略地表示成：L =L +Lb (1) 需要说明的是，式(1)中的相加关系是集合代数上的相加(并)关系，而不是算术上的简单相加关系。
(2)淬火冷却中工件的装挂方式淬火冷却中，工件的装挂方式会直接影响到工件冷却速度带法的宽窄。在每次只淬一个工件的场合，采取能使工件的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些的淬火装挂方式，它所形成的冷却速度带就窄；相反，如果采取像宁波市神光电炉有限公司的装挂方式使工件的薄小部分冷得更快，而厚大部分冷得更慢，它所形成的冷却速度带就宽。在多个工件同时淬火的生产方式中。如果采用的工装具和工件的装排方式能使装放在不同部位的工件都获得尽可能相同的冷却条件和冷 却效果，就可以减小不同工件之间的冷却速度带的宽度差，从而缩短工件群体的冷却速度带(后续的文章将对工件群体的问题做专门讨论)。如果采取的装挂方式不仅能获得这种均匀性，同时还能使工件上的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些，则其缩短工件群体和个体的冷却速度带的作用就更大些。在大量工件的淬火生产中，这是一个值得重视的大问题。
(3)冷却介质的特性温度问题液态冷却介质的特性温度问题对工件冷却速度带宽度的影响，可以用图11所示的例子了加以说明。一个上小、下大的工件，在水中做淬火冷却。图11中描绘的是工件的上半部分进入了沸腾冷却阶段，而下半部分尚在冷却的蒸汽膜阶段时的情形。在沸腾冷却区与蒸汽膜笼罩区的分界线上下，工件表面获得的冷却速度有很大差别。沸腾冷却区的冷却速度比蒸汽膜笼罩区的要快几倍到十几倍!本来，锥体上下一线之隔的厚度差异是很小的。但是，由于水的特性温度问题，使它们分别处于两个不同的冷却阶段，因此产生了很大的冷却速度差异。
为更直观地表述这种影响，我们把冷却速度上的差异设想成有效厚度上的差异。可以说，液态淬火介质的特性温度问题使工件上厚的部分变得更厚了。随着冷却的进行，上述分界线要逐步向下移。这样，对于它所扫过的表面来说，这种厚度差异只在短时间内存在。因此，我们把它称为“由特性温度问题引起的短时厚度差异”，简称“短时厚度差”。短时厚度差大多发生在工件温度比较高、塑性比较好的时候。上面谈到，神光电炉工程师为减小工件的淬火变形，我们总是设法使工件上比较厚大的部分冷却得更快一些，使薄小的部分冷却得更慢一些，以求减小冷却速度带的宽度。然而，液态冷却介质的特性温度问题的存在，却引起了相反的效果：使厚的部分冷却得更慢，而使薄小的部分冷却得更快，其间的快慢差异非常之大。这必然加大工件冷却速度带的宽度。液态冷却介质的特性温度问题的危害就在于此。冷却过程中，上述分界线出现的位置、以及该分界线移动的方向和速度，都常常随工件的形状大小、生产中的装挂方式和工件所处的位置而变。其结果，因特性温度问题引起的淬火变形的一个重要特点就是“散乱而无规律”。
淬火油的特性温度问题比水性淬火介质的小。工件的淬火加热温度一般都低于所用盐浴的特性温度，因此，用低温盐浴作淬火冷却介质，往往没有特性温度问题。这是用低温盐浴淬火能减小工件的淬火变形的重要原因之一。在水中溶人10％以上的无机盐，可以提高水的特性温度，减小短时厚度差异的作用时间。从而减小工件的淬火变形程度。
(4)等温分级淬火法等温分级淬火法，通过分段冷却，让冷得快的薄小部分减慢冷却速度，去等待冷得慢的厚大部分赶上来，从而缩短工件的冷却速度带。工件冷却过程中分级(等待)的次数越多，冷却速度带就缩得越短。在前面图8的解说中，已经用冷却速度带法对等温分级淬火法做了相应的解说。需要指出的是，通常的分级等待，虽然能缩短冷却速度带，但是它同时又使工件的冷却速度带向右移。因此，只适用于较薄小工件，或者淬透性更好的材料所制的工件。
(5)注意所用措施对冷却速度带左右边界的不同作用所有措施都通过移动冷却速度带的左右边界来改变它的宽度。但是，不同的措施移动左右边界的程度是不相同的。比如，特性温度问题一般只使冷却速度带的右边界向右移，而很少改变其左边界的位置。改变工件的形状大小时，由薄小部分的有效厚度是否改变及其改变程度，来决定冷却速度带的快端的移动方向和大小；由厚大部分的有效厚度的改变情况，来决定慢端位置的移动方向和大小。其他措施的作用，也可以根据实际情况来分析确定。
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