超声波淬火技术与40cr淬火液

超声波淬火就是将淬火工件加热到淬火温度适当保温后，投入具有超声振动的淬火槽内冷却，实现工件淬火的方法。40cr淬火液进行淬火时由于超声波对淬火介质的空化作用，强化了淬火介质的冷却过程，提高了冷却烈度和冷却均匀性。工件的淬硬性、淬透性也得到了提高，保证了40cr淬火液的淬火质量，适用于一些常规方法不能实现的某些材料的淬火。它是近年来发展起来的一种淬火新技术。 工艺原理 超声波在40cr淬火液中的“空化”作用声音在不同介质中传播的形式不同，产生的波也不同。在流体介质中（包括液体与气体），由于流体介质没有固体介质那种切变弹性，无法形成横波，所以，只能以纵波形式传播。在这种传播形式中，介质质点的振动方向与波的传递方向一致。表现为介质质点的分布为周期地疏密变化。 在声波传递过程中，每一个微小体积的液体介质都处于不停被迫压缩与弛张交替的状态。我们取介质中某一微小体积的液体来分析它在声波作用下的状态：当声波频率很高（20kHz以上的超声波），强度又达到一定程度时，由于液体介质剪切模量几乎等于零，这微小体积的液体中，在声波的某前半周受拉，使之瞬时形成空穴（气泡），紧接着，后半周的极短的一刹那间（数万分之一秒数量级）又转为受压缩，此刻空穴以极大速度闭合而消失，伴随产生强烈的水击（水锤）作用，因而使这微小体积的液体介质承受数百个大气压的压力冲击。 这种现象在水力学上称之为气蚀现象，又称“空化”作用。超声波淬火就是建立在利用这种“空化”作用来改变淬火零件与40cr淬火液之间的热交换条件的一种先进淬火工艺方法。 超声波对淬火冷却过程的影响 淬火零件在冷却过程中，高温区由于40cr淬火液汽化形成的汽膜隔热使冷却过程缓慢，造成零件的冷却曲线向右延伸，当零件材质C曲线（TTT曲线）靠左时，冷却曲线就可能与C曲线相交，这就意味着淬火零件组织可能向珠光体型组织转变，淬火失效。 当40cr淬火液中引入超声波时，由于超声波在介质中的“空化”作用，在高温区形成包裹在淬火零件表面的汽膜很快被击破，40cr淬火液直接与灼热工件接触，完全改变了汽膜阶段的换热条件。这样，使淬火冷却过程迅速转为汽泡沸腾冷却阶段，淬火零件冷却烈度大大提高，冷却曲线变得陡直，并向左移动。 实验证实：超声波使淬火过程的整个温度区的冷却速度都提高了，并且最大冷却速度往高温区方向移动，即汽膜冷却阶段短暂而汽泡沸腾冷却阶段的冷却速度提高幅度较大。这一点对保证零件的冷却速度大于材质要求的淬火临界冷却速度，防止淬火组织往珠光体型组织转变而得到马氏体组织，提高零件的淬硬性及淬透性是十分有利的。 另外，超声波可以调节40cr淬火剂的冷却特性。超声波对介质冷却特性的影响中，超声波的持续作用时间对冷却特性影响很大。介质中冷却时，其温度变化与超声波持续作用时间的关系曲线。 实验证实：超声波持续作用时间越长，在整个温度区冷却速度越快，油中的冷却速度可接近水中的冷却速度。这样，在油介质淬火冷却中引入超声波，可以在很大范围内（从静水中的冷却特性到静油中的冷却特性）调节油介质的冷却特性，从而控制工件的淬火深度和淬火硬度。 除了水和油外，超声波对乳浊液的冷却特性也有较大影响。如氯化钠的水溶液与变压器油混合而成的乳浊液，在超声波的作用下，可以使得乳浊液中的质点弥散度提高，而无须添加活性剂，能使介质冷却特性加强而且稳定。 本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书。 相关链接 42Crmo热处理淬火工艺
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