用淬火剂齿轮淬火常见问题及解决方法

不论是渗碳淬火、碳氮共渗淬火、感应加热淬火还是整体加热淬火，齿轮淬火冷却过程可能呈现的热处置质量问题主要有：

1．淬火后硬度缺乏、淬火态硬度不均、淬火硬化深度不够； 

2．淬火后心部硬渡过高； 

3．淬火变形超差； 

4．淬火开裂； 

5．油淬后外表光亮度不够。

工厂呈现的这类质量问题常常与齿轮的材质、前处置、淬火加热和淬火冷却有关。在扫除材质、前处置和加热中的问题后，淬火介质及相关技术的作用就特别突出了。事实上，近年来国外对淬火冷却的研讨也证明，在改良和进步热处置质量的工作中，最值得留意的正是淬火冷却。

淬火冷却大多是在液体介质中停止的。齿轮淬火用的通常是淬火剂（油）、水溶性淬火介质和自来水。因而，下面将首先剖析齿轮淬火冷却可能呈现的以上质量问题与所用淬火介质的特性和用法的关系，并指出处理不同问题所需淬火液的冷却速度散布特性。随后简单引见常用淬火介质的冷却速度散布特性和选用时的留意事项。

一、淬火冷却中的质量问题

1．硬度缺乏与硬化深度不够

淬火冷却速度偏低是形成齿轮淬火硬度缺乏、硬度不均和硬化深度不够的缘由，但是，依据实践淬火齿轮的材质、外形大小和热处置请求不同，又能够分为高温阶段冷速缺乏、中低温阶段冷速缺乏以及低温阶段冷速缺乏等不同状况。比方。关于中小齿轮，淬火硬度缺乏常常是中高温阶段冷速缺乏所致，而模数大的齿轮请求较深淬硬层时，进步低温冷却速度就十分必要了。

关于淬火用油，普通说，油的蒸气膜阶段短、中温冷速快、且低温冷却速度快，常常能取得高而且平均的淬火硬度和足够的淬硬深度。

工件装挂方式对淬火冷却效果也有明显影响。要使淬火油活动通畅，并装备和运用好搅拌安装，才干得到更好的效果。

进步所用淬火介质的低温冷却速度，常常能够增大淬硬层深度。在渗层碳浓度散布相同的状况下，采用低温冷却速度更高的淬火油，常常取得更深的淬火硬化层，因而，采用冷却速度快的淬火油后，能够相应缩短工件的渗碳时间，也能取得请求的淬火硬化层深度。请求的渗碳淬硬层深度越大，这种办法缩短渗碳时间的效果越明显。

2．淬火后心部硬渡过高

这类问题可能与所选介质冷速过快或介质的低温冷却速渡过高有关。处理方法之一是改换淬火油来满足请求。方法之二是与淬火介质消费厂家联络，有针对地参加恰当的添加剂来降低淬火油的中低温冷却速度。方法之三是改用淬透性更低的钢种。

3．淬火变形问题

淬火变形使不少工厂伤透了脑筋。按习气，变形问题的处理通常要牵涉多个部门，处理的方法常常是综合措施。

最近发表了关于淬火变形的文章，把惹起变形的缘由主要归结为冷却速度缺乏和冷却不均，并在此根底上提出了进步冷却速度并设法完成平均冷却的处理准绳办法，可供参考。进步淬火冷却速度的措施也在该参考文献中列出，应用时只需合理选用相同作用方向的措施加上去。就可处理大局部齿轮的淬火变形问题。比方，齿轮的内花键孔变形，常常是所选的淬火油高温冷速缺乏，或者说油的蒸气膜阶段过长的缘故。进步油的高温冷速并进步油在整个冷却过程的冷速，普通就能处理内花键孔的变形问题。关于中小齿轮，特别是比拟精细的齿轮，选好用好等温分级淬火油是控制变形必不可少的措施。

4．齿轮的淬火开裂问题

这个问题主要呈现在感应加热淬火中。选择好水性淬火介质，比方国内外普遍采用的PAG类淬火介质替代原来运用的自来水，问题便处理了。感应加热淬火采用PAG介质。能够取得高而平均的淬火硬度和深而且稳定的淬硬层，淬裂风险极小。

5．光亮问题

有这方面请求的场所，应中选用光亮淬火油或快速光亮淬火油。通常，光亮淬火油的光亮性好则冷却速度不够高，而冷却速度很高的淬火油的光亮性则不够好。此外，热油的光亮性普通也较差，能够换新油或补加进步光亮性的添加剂。

二、齿轮用淬火介质的选择

当前用于齿轮淬火的介质主要是各种淬火油，水溶性淬火介质和普通自来水。以下分别讨论这些介质在齿轮淬火中的选用办法和留意事项。

1．自来水

自来水是最经济而又清洁的淬火介质。一些含碳量低、淬透性差且外形简单齿轮的调质淬火和感应加热淬火，常常能够用自来水。作为淬火介质，自来水的冷却特性是：工件处于高温阶段时冷得很快，而到了工件处于低温阶段时冷却得也很快。冷却速度快能够使淬透性差和比拟厚大的工件淬硬。这是自来水的优点。但是，用自来水淬火有三大缺陷，第一是低温冷却太快使多数钢种和工件容易发作淬裂。第二是工件高温阶段冷却太快，比拟细长与较薄的工件容易由于入水方式不当而发作淬火变形。第三，也是不少人容易无视的缺陷，是随着水温升高，淬火冷却的蒸气膜阶段会逐步增长，且工件处于中低温阶段时的冷却速度也逐步降低。由于这种缘由，当工件采取较密集的堆放方式入水淬火时，水只要穿过堆在外面工件之间的缝隙才干接触内面的工件。穿过外面的工件时水温会逐步升高。这样，堆在外面的工件接触的水温低，而堆在内部的工件接触的水温高。致使堆放在内、外部的工件的淬火冷却效果不同。外部的工件冷却快，淬火后硬度高，并容易淬裂。堆放在内部的工件禁受的冷却慢，淬火后硬度低。工件堆放得越密集，淬火时水的活动越不通畅，这种差异就越大。这一缺陷使自来水不适用于淬密集堆放的小工件。运用油淬火时，油温进步，冷却的蒸气膜阶段稍有缩短，而油温升高使油的粘度降低活动性变好，有利于进步油的冷却速度，能使堆放得较密集的工件内外冷却效果根本分歧。应当说，这是用油淬火的一个优点。

选用自来水作为淬火液时，应当晓得它的优点和缺陷。用好它的优点，而防止它的缺陷。设法控制好水的温度。采取堆放方式淬火时，要设法使工件堆放得疏松一些，并经过搅动促使淬火液通畅地从工件之间流过，以减小内部的水温差。

2．水溶性淬火介质

自来水作为淬火介质的最大缺陷是其低温冷却速度太快，使多种钢制的工件容易淬裂。惹起钢件淬裂的主要缘由是水在马氏体转变的温度（Ms点）及其以下的温度范围冷却得过快。由于这样的缘由，研讨开发水溶性淬火介质的第一目的就是降低水的低温冷却速度。思索到多数构造钢的Ms点在300℃左近，通常就以工件冷却到300℃时水溶性淬火液的冷却速度，即所谓300℃冷却速度来表示该淬火液的冷却性能。通常能够用水性淬火介质的300℃冷却速度来对该介质定级，以便热处置工作者选用。简单说，水性淬火液的300℃冷却速度低，其避免工件淬裂的才能就强；300℃的冷却速度高，其淬硬才能也高，当然工件的淬裂倾向也大。因而，选择水溶性淬火介质首先应当理解它的300℃冷却速度。同类淬火介质种类中，得到相同的300℃冷却速度时的浓度越低，其运用本钱也就越低。

水性淬火介质有很多种类，不同种类有不同的特性。PAG类介质冷却特性可调，浓度测控容易。它既适用于整体淬火，也适用于各类感应加热淬火，且能长期稳定地运用，因此遭到普遍欢送，成为当前国内外热处置界运用得最普遍的水性淬火介质。

由于液温对冷却特性影响较大，运用水溶性淬火介质时应当装备好循环冷却系统，以便在运用中调理液温，普通说，在水溶性淬火液中淬火时，工件也不宜在密集堆放条件下入水，以免形成内外工件明显不同的淬火效果。

3．普通机械油

工厂热处置消费中运用得最多的普通机械油是N32机油（原20号机油）和N15机械油（原10号机油）。作为淬火介质，这类机油的特性是，在工件高温阶段蒸气膜时间较长，淬火冷却速度不高，且低温冷却较慢。

油的蒸气膜阶段长，工件高温阶段的冷却慢，可能呈现的问题是低碳钢制的工件容易发作先共析铁素体转变；而外形复杂的工件，比方带花键孔的齿轮等又特别容易变形。在中、低温阶段冷却慢，使比拟大的工件不易淬硬或淬硬层深度缺乏并因而发作淬火变形。

普通机油的抗氧化才能差，运用中容易老化蜕变，老化蜕变的主要反映是油的粘度进步低温冷却速度降低。蜕变的影响是工件淬火后的硬度和硬化深度奏效，且淬火变形增大。粘度进步和产生油泥渣常常给淬火后的清洗形成艰难，也使油的耗费量增大。

4．专用淬火油

专用的淬火油普通分为普通淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油（也简称热油）、真空淬火油以及光亮淬火油等类。和普通机油相比，专用淬火油的热稳定性能较好，能更好地保证工件的淬火质量。当然，专用淬火油优于普通机油的最重要的方面还是它们的冷却特性。和普通机油相比，不同的专用淬火油在冷却速度散布上都有蒸气膜阶段短的特性，因此使工件在高温阶段能冷却得更快。其中快速淬火油的最高冷却速度都比拟高，中低温阶段的冷却速度快慢则因淬火油的不同种类而有较大差异。热油在冷却特性上的特性是蒸气膜阶段更短，而在工件淬火冷却的低温阶段冷却较慢。

快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的钢种。热油主要用于较小型的工件和淬透性较好的钢种。

应该说，任何淬火油都有合适它的工件。但是，除少数状况外，每台热处置炉都希望能处置比拟多的钢种和比拟多样的工件，因而，多倾向于选用顺应范围更广的淬火油。普通说，淬火油的蒸气膜阶段短，中温阶段冷却得快、低温阶段冷却速度大，这种油的冷却才能就很强，它的适用范围就广。不少油淬工件的变形是与它的淬火硬度缺乏和淬硬深度不够同时呈现的。而改用这种顺应范围广的淬火油，常常能同时处理工件的变形、硬度缺乏和淬硬深度不够等问题。淬火油的蒸气膜阶段短，也就是油的高温阶段冷却得快。这一特性有利于避免先共析铁素体的析出，也有利于避免带内花键齿轮的变形。简单说，淬火油总的冷却速度高有利于取得较深的淬火硬化层。但从冷却速度散布上剖析，除中、高温阶段请求冷却得快以外，油的低温冷却速度上下对取得的淬硬层深浅作用更大。低温冷却速度越高，淬火硬化层常常越深。

搅动淬火油能够进步油的冷却速度。冷却速度比拟低的油，搅动进步其冷却才能的作用较大；而关于冷却速度高的专用淬火油，搅动的作用则相对较小。

齿轮的淬火质量问题中还有一类是淬火硬化层过深。硬化层过深，常常在运用中缀齿。处理这类问题的有效方法之一是降低淬火油的低温冷却速度。

总之，为保证齿轮的淬火质量去选择淬火油时，应当依据所处置齿轮的钢种、外形特性和热处置请求从油的冷却速度散布特性去停止选择，最好能与淬火油消费厂的有关技术人员一道，经过讨论剖析肯定适宜的淬火油和合理的运用办法。

三、淬火介质在运用中的变化

不论是淬火油还是水溶性淬火介质，它们在运用中都要接触高温工件，也都会遭到不同水平的污染。进入空气，介质会被氧化。高温可能惹起有机介质的热合成、氧化和聚合等反响。污染可能使介质的氧化和其它变化更复杂。一切这些变化及其留在介质中的变化产物都会惹起介质蜕变。淬火油的颜色变化、透明度变化、粘度变化等都是蜕变的表现。应当说，没有不蜕变的介质。我们所关怀的只要三点：一是变化对介质冷却特性的影响，二是蜕变的快慢，三是用什么方法来理解和纠正蜕变的影响，以保证取得长期稳定的淬火质量。

前面谈到，水溶性淬火剂主要用来降低水的低温冷却速度。而水溶性淬火液在运用中的变化趋向则正好相反，变化使低温冷却速度逐步进步，企图恢复到不加淬火剂之前的水平。

普通机油在运用中的变化趋向，简单说就是开端时低温冷却速度逐步降低、蒸气膜阶段逐步缩短而中高温阶段的冷却速度稍有进步。运用时间增长，由于油的粘度进一步增高，油的中、高温冷却速度也将减慢，致使工件的冷却效果明显变差。

专用淬火油在运用中的变化比拟复杂，它包含所加添加剂的变化和根底油的变化两局部，是这两方面变化的综合结果。不同的淬火油以及不同的运用条件，变化状况会有比拟大的差异。有一点需求指出的是，在不受水污染的条件下，简直一切的专用淬火油经过长期运用后低温冷却速度都会逐步变慢。当运用时间更长时，工件淬火效果也会明显变差。油的稳定性好，蜕变得慢；油的稳定性差，蜕变就快。

油的运用温度越高，油蜕变的越快。装备循环冷却系统，使油温稳定在恰当范围，并经过槽内的循环搅拌避免部分过热等措施都可减慢油蜕变速度，延长油的运用寿命。

不同介质的蜕变快慢除受介质的种类不同和质量差别的影响以外，还有一个共同的影响要素，那就是相同时期内，淬火工件的量越多，淬火液蜕变就越严重。在许多状况下，这里所说淬火工件的量应当是指已淬火工件的总的外表积。工件越小，相同重量的总外表积就越大，淬火介质蜕变就越多。

管理问题也是影响齿轮淬火质量不可无视的大问题。除了应当严厉按工艺操作外，淬火介质的管理，特别是避免污染关系严重。淬火油混进了水、水乳化在油中，常常形成淬火硬度缺乏或淬火开裂。相反，PAG淬火液中乳化进了油有时也会惹起淬火开裂。

淬火介质的颜色、透明度等方面的变化能够反响出它的蜕变状况。丈量淬火油的粘度、闪点、残炭、酸值等的变化也能肯定蜕变水平。在蜕变形成的影响中，与工件的热处置效果关系最大的是冷却特性的变化。为了保证齿轮的淬火冷却效果，倡议对所用淬火油和淬火介质作定期的冷却特性检测，并对介质的冷却特性停止管理，普通小工厂没有必要装备冷却特性测试仪，能够到装备了这种仪器的单位去丈量。淬火介质消费单位应当为用户工厂停止这项检测。测定淬火介质的冷却特性，最好是运用契合国际规范（ISO9950）的冷却特性仪。剖析介质的冷却特性应当看介质的冷却速度散布状况，而不是单看最高冷却速度值。最高冷却速度相同，或到300℃的冷却时间相同的介质，由于它们冷却速度散布状况不同，它们的热处置效果可能有很大差异。

在长期消费中记载同类工件的淬火硬度，硬化深度以及淬火变形状况，剖析它们的变化趋向，使我们能理解淬火介质冷却特性的变化规律。有了这些记载，不只能协助我们控制介质的冷却特性，还能够协助剖析惹起现场热处置事故的缘由，从而及时处理该质量问题。

前面谈到，介质蜕变是不可防止的。运用时间不长、或淬入工件的量还不多时，蜕变水平较小，从工件的淬火效果上反响不出介质的蜕变问题。淬火量进一步增加，蜕变水平加大到工件淬火达不到请求时，蜕变问题就真正呈现了。淬火量继续增大，蜕变更多，工件淬火质量就更差。水溶性淬火介质蜕变后可能呈现的问题主要是工件淬火硬渡过高致使工件淬裂。因而，水溶性淬火液蜕变水平能够从同类工件的淬火硬度的变化趋向上作监视，最好能在呈现淬裂之前采取措施。专用淬火油运用中蜕变后，可能呈现的问题主要是工件淬火硬度偏低、硬化深度缺乏和呈现较大的变形。因而，能够依据工件的硬度和硬化深度的变化趋向对淬火油的蜕变水平停止监测。

淬火介质蜕变后，继续补加原来的新介质能不能使淬火液的冷却特性得到恢复呢？

这个问题的答复是：有的介质能，有的介质不能。关于浓度可调理的水性淬火介质，如PAG类水溶性淬火液，在理解其变化规律的根底上普通都能经过补加原来用的新介质使冷却特性恢复到新配时的程度。固定了配方比例的水性淬火液，不能。普通淬火油和专用淬火油也不能。

淬火油蜕变后，只继续参加原来的新淬火油普通不能使油的冷却特性恢复到新油的程度。但是，在理解了油的变化规律后，却能够经过改性添加剂使油的冷却特性得到恢复。