冷卻能力影響主要因素

影響淬硬介質(zhì)冷卻能力主要跟淬硬介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。這些因素通過(guò)改變?nèi)齻€(gè)不同冷卻階段的持續(xù)時(shí)間、熱量傳遞的快慢來(lái)影響淬硬介質(zhì)的冷卻能力。例如，一般使蒸汽膜階段延長(zhǎng)的因素，都能降低淬硬介質(zhì)的冷卻能力，導(dǎo)致淬火不均勻并出現(xiàn)軟點(diǎn)等現(xiàn)象；一般能夠增大沸騰階段的因素，都會(huì)提高淬硬介質(zhì)的冷卻能力，原因是這階段的工件的熱量損失最大、冷卻速度也最大。這也就是說(shuō)，沸騰階段長(zhǎng)而蒸汽膜階段與對(duì)流階段短的淬硬介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)。

1、蒸汽壓

蒸汽壓是淬硬介質(zhì)飽和氣體的壓強(qiáng)。它反映了液體分子內(nèi)聚力的大小，蒸汽壓越高，淬硬介質(zhì)越容易汽化。而蒸汽壓相對(duì)低的物質(zhì)，其傳熱系數(shù)越大，越容易帶走工件的熱量，也就是說(shuō)蒸汽壓低的介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)。

2、汽化熱

汽化熱指單位質(zhì)量的液體完全變成同溫度氣體所需要的熱量。當(dāng)淬硬介質(zhì)的汽化熱越大時(shí)，則熱負(fù)荷就越大，該淬硬介質(zhì)的冷卻能力越強(qiáng)。

3、比熱容

通常介質(zhì)比熱容越大，那么單位質(zhì)量介質(zhì)所能夠吸收的熱量也就越多，則介質(zhì)冷卻能力也就越強(qiáng)，因?yàn)楸葻崛菔怯脕?lái)表征單位質(zhì)量的介質(zhì)升高單位溫度所吸收的熱量。水的冷卻能力較強(qiáng)是因?yàn)樗谋葻崛菀绕渌虘B(tài)或液態(tài)物質(zhì)的比熱容要大得多的緣故。

4、溫度

溫度變化對(duì)淬硬介質(zhì)的冷卻能力有明顯的影響，但影響規(guī)律會(huì)隨著介質(zhì)的不同而不同。水和以水為基的淬硬介質(zhì)，隨溫度升高，蒸汽膜階段變長(zhǎng)，冷卻能力降低，可是降低的程度不盡相同，如下圖1所示。而油與水相反,隨溫度升高，流動(dòng)性變好，有利于散熱，從而提高了冷卻能力。

5、傳熱系數(shù)

液體的傳熱系數(shù)是指在沿?zé)崃鞣较蛏?，單位溫度梯度和單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量，它用來(lái)表征介質(zhì)傳導(dǎo)熱量的能力，也就是說(shuō)傳熱系數(shù)越大時(shí)，該淬硬介質(zhì)的冷卻能力也就越強(qiáng)。

6、表面張力

表面張力可以用來(lái)表征其濕潤(rùn)金屬的能力。表面張力小的淬硬介質(zhì)易濕潤(rùn)金屬，因而工件表面接觸的好，固散熱性能好。

7、黏度

液體的黏性是指液體流動(dòng)時(shí)其分子間的內(nèi)部摩擦力。可用黏度來(lái)表示該摩擦力大小，它對(duì)淬硬介質(zhì)的冷卻性能也有較大的影響。黏度越大，介質(zhì)的流動(dòng)性越差，不利于對(duì)流散熱而帶走熱量；反之，其冷卻能力越強(qiáng)。2100433B

水是應(yīng)用最廣的淬火介質(zhì)，它具有來(lái)源廣，價(jià)格低，成分穩(wěn)定且不易變質(zhì)，無(wú)毒無(wú)臭又不燃燒。水的冷卻能力較強(qiáng)，屬于激冷淬火介質(zhì)。靜止水的蒸汽膜階段長(zhǎng)，由800℃以上一直持續(xù)到400℃左右，此階段冷卻速度小于200℃/s，400℃以下進(jìn)入沸騰期后，冷卻速度可急劇上升到700℃/s。在100℃以下冷卻速度仍有45℃/s。

水作為淬火冷卻介質(zhì)的主要缺點(diǎn)有：

（1）在奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的鼻部區(qū)，即500~600℃左右，水處于蒸汽膜階段，冷卻速度不夠快，往往會(huì)造成工件冷卻不均勻及冷卻速度不足而形成的“軟點(diǎn)”。在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，即300~100℃左右，水處于沸騰階段，冷卻速度太快，易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過(guò)快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致工件嚴(yán)重變形甚至開(kāi)裂。

（2）水溫對(duì)冷卻能力影響大，因此對(duì)環(huán)境溫度的變化敏感。水溫升高，冷卻能力急劇下降，且最大冷卻速度的溫度區(qū)間移向低溫。當(dāng)水溫超過(guò)30℃時(shí)，在500～600℃范圍冷卻速度明顯下降，往往導(dǎo)致工件淬不硬，而對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變范圍的冷卻速度影響卻較小。當(dāng)水溫提高到60℃冷卻速度將下降50%左右。

（3）當(dāng)水中含有較多氣體（如新?lián)Q的水），或是水中混入不溶雜質(zhì)，如油、肥皂、泥漿等，均會(huì)顯著降低其冷卻能力，故使用和管理中應(yīng)特別注意。

根據(jù)水的冷卻特性可知，水一般只能適用于截面尺寸不大、形狀較簡(jiǎn)單的碳素鋼工件的淬火冷卻。淬火時(shí)，還必須注意：保持水溫在40℃以下，最好在15~30℃之間，并保持水的流動(dòng)性或循環(huán)，以破壞工件表面蒸汽膜，也可以在淬火時(shí)用擺動(dòng)工件（或使工件上下運(yùn)動(dòng)）的方法來(lái)破壞蒸汽膜，提高500~650℃區(qū)間的冷卻速度，改善冷卻條件，避免產(chǎn)生軟點(diǎn)。

淬火冷卻是淬火工藝中最為關(guān)鍵的工序。鋼加熱到奧氏體后，只有冷卻速度大于臨界冷卻速度時(shí)才能獲得馬氏體組織。因此，理想淬火冷卻介質(zhì)的性能是使鋼在高溫區(qū)域（700℃以上）較緩慢地冷卻，以減少工件的熱應(yīng)力；在550~600℃間以足夠快的冷卻速度迅速通過(guò)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的“鼻尖”，以防止發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變；在容易造成淬火裂紋的過(guò)冷奧氏體較穩(wěn)定的低溫區(qū)域（300℃以下）緩慢冷卻，使工件在緩冷條件下通過(guò)奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)，從而減少相變應(yīng)力。下圖為理想的淬火冷卻曲線示意圖。

但這樣的理想淬火冷卻介質(zhì)仍未發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的淬火冷卻介質(zhì)具備某些優(yōu)點(diǎn)，就會(huì)伴隨另外的缺點(diǎn)。所以我們只能在掌握了淬火冷卻介質(zhì)的性能之后，通過(guò)合理選用多種淬火冷卻介質(zhì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，配合使用，并采用適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ǎ瑏?lái)盡可能接近理想的冷卻速度。

此外，淬火冷卻介質(zhì)還必須具有成分穩(wěn)定，在使用過(guò)程中不易變質(zhì)老化，粘度小，流動(dòng)性好，并且不易腐蝕工件，淬火后工件表面清潔，便于清洗以及來(lái)源方便，價(jià)格低廉，無(wú)公害，安全可靠等特點(diǎn)。

水幕冷卻與其它水冷卻方式相比,冷卻較均勻，冷卻能力大,集管數(shù)目少，不易堵塞、冷卻帶短,維修管理費(fèi)用低.但集管加工要求高，技術(shù)比較復(fù)雜 。

采用逆流式冷卻原理,顆粒冷卻充分、均勻、機(jī)器采用獨(dú)特的滑閥式機(jī)構(gòu)排料，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，排料流暢。冷卻后的顆粒溫度不高于室溫 3-5℃。產(chǎn)量大，冷卻效果好，自動(dòng)化程度高，噪音低，維修方便，為國(guó)外先進(jìn)國(guó)家廣泛采用該機(jī)型，是高級(jí)取代型冷卻設(shè)備。

冷卻水通過(guò)被冷卻的部件空腔，并從其表面將熱量帶走，從而使冷卻水的自身溫度提高。

1.自然循環(huán)汽化冷卻工作原理：利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的壓頭，克服整個(gè)循環(huán)過(guò)程中的阻力，從而產(chǎn)生連續(xù)循環(huán)，汽化吸熱而達(dá)到冷卻目的。

2.軟水密閉循環(huán)冷卻工作原理：它是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，用軟水（采用低壓鍋爐軟水即可）作為冷卻介質(zhì)，其工作溫度50～60℃（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)40～45℃）由循環(huán)泵帶動(dòng)循環(huán)，以冷卻設(shè)備中帶出來(lái)的熱量經(jīng)過(guò)熱交換器散發(fā)于大氣。系統(tǒng)中設(shè)有膨脹罐，目的在于吸收水在密閉系統(tǒng)中由于溫度升高而引起的膨脹。系統(tǒng)工作壓力由膨脹罐內(nèi)的N2壓力控制，使得冷卻介質(zhì)具有較大的熱度而控制水在冷卻設(shè)備中的汽化。

3.工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)冷卻工作原理：由動(dòng)力泵站將涼水池中的水輸送到冷卻設(shè)備后，自然流回涼水池或冷卻塔，把從冷卻設(shè)備中帶出的熱量散發(fā)于大氣。系統(tǒng)壓力由水泵供水能力大小控制。

4.外部噴淋的工作原理：用于高爐外部噴淋式降溫。