齒輪油淬火介質的選擇

當前用于齒輪淬火的介質主要是各種淬火油，水溶性淬火介質和普通自來水。以下分別討論這些介質在齒輪淬火中的選用方法和注意事項。

1、自來水

自來水是最經濟而又清潔的淬火介質。一些含碳量低、淬透性差且形狀簡單齒輪的調質淬火和感應加熱淬火，往往可以用自來水。作為淬火介質，自來水的冷卻特性是：工件處于高溫階段時冷得很快，而到了工件處于低溫階段時冷卻得也很快。冷卻速度快可以使淬透性差和比較厚大的工件淬硬。這是自來水的優點。但是，用自來水淬火有三大缺點，第一是低溫冷卻太快使多數鋼種和工件容易發生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快，比較細長與較薄的工件容易因為入水方式不當而發生淬火變形。第三，也是不少人容易忽視的缺點，是隨著水溫升高，淬火冷卻的蒸氣膜階段會逐漸增長，且工件處于中低溫階段時的冷卻速度也逐漸降低。由于這種原因，當工件采取較密集的堆放方式入水淬火時，水只有穿過堆在外面工件之間的縫隙才能接觸內面的工件。穿過外面的工件時水溫會逐漸升高。這樣，堆在外面的工件接觸的水溫低，而堆在內部的工件接觸的水溫高。致使堆放在內、外部的工件的淬火冷卻效果不同。外部的工件冷卻快，淬火后硬度高，并容易淬裂。堆放在內部的工件經受的冷卻慢，淬火后硬度低。工件堆放得越密集，淬火時水的流動越不通暢，這種差別就越大。這一缺點使自來水不適用于淬密集堆放的小工件。使用油淬火時，油溫提高，冷卻的蒸氣膜階段稍有縮短，而油溫升高使油的粘度降低流動性變好，有利于提高油的冷卻速度，能使堆放得較密集的工件內外冷卻效果基本一致。應當說，這是用油淬火的一個優點。選用自來水作為淬火液時，應當知道它的優點和缺點。用好它的優點，而避免它的缺點。設法控制好水的溫度。采取堆放方式淬火時，要設法使工件堆放得疏松一些，并通過攪動促使淬火液通暢地從工件之間流過，以減小內部的水溫差。

2、水溶性淬火介質

自來水作為淬火介質的最大缺點是其低溫冷卻速度太快，使多種鋼制的工件容易淬裂。引起鋼件淬裂的主要原因是水在馬氏體轉變的溫度（Ms點）及其以下的溫度范圍冷卻得過快。由于這樣的原因，研究開發水溶性淬火介質的第一目標就是降低水的低溫冷卻速度。考慮到多數結構鋼的Ms點在300℃附近，通常就以工件冷卻到300℃時水溶性淬火液的冷卻速度，即所謂300℃冷卻速度來表示該淬火液的冷卻性能。通常可以用水性淬火介質的300℃冷卻速度來對該介質定級[2]，以便熱處理工作者選用。簡單說，水性淬火液的300℃冷卻速度低，其防止工件淬裂的能力就強；300℃的冷卻速度高，其淬硬能力也高，當然工件的淬裂傾向也大。因此，選擇水溶性淬火介質首先應當了解它的300℃冷卻速度。同類淬火介質品種中，得到相同的300℃冷卻速度時的濃度越低，其使用成本也就越低。水性淬火介質有很多品種，不同品種有不同的特性。PAG類介質冷卻特性可調，濃度測控容易。它既適用于整體淬火，也適用于各類感應加熱淬火，且能長期穩定地使用，因而受到普遍歡迎，成為當前國內外熱處理界使用得最廣泛的水性淬火介質。由于液溫對冷卻特性影響較大，使用水溶性淬火介質時應當配備好循環冷卻系統，以便在使用中調節液溫，一般說，在水溶性淬火液中淬火時，工件也不宜在密集堆放條件下入水，以免造成內外工件明顯不同的淬火效果。

3、普通機械油

工廠熱處理生產中使用得最多的普通機械油是N32機油（原20號機油）和N15機械油（原10號機油）。作為淬火介質，這類機油的特性是，在工件高溫階段蒸氣膜時間較長，淬火冷卻速度不高，且低溫冷卻較慢。油的蒸氣膜階段長，工件高溫階段的冷卻慢，可能出現的問題是低碳鋼制的工件容易發生先共析鐵素體轉變；而形狀復雜的工件，比如帶花鍵孔的齒輪等又特別容易變形。在中、低溫階段冷卻慢，使比較大的工件不易淬硬或淬硬層深度不足并因此發生淬火變形。普通機油的抗氧化能力差，使用中容易老化變質，老化變質的主要反映是油的粘度提高低溫冷卻速度降低。變質的影響是工件淬火后的硬度和硬化深度見效，且淬火變形增大。粘度提高和產生油泥渣往往給淬火后的清洗造成困難，也使油的消耗量增大。

4、專用淬火油

專用的淬火油一般分為普通淬火油、快速淬火油、等溫分級淬火油（也簡稱熱油）、真空淬火油以及光亮淬火油等類。和普通機油相比，專用淬火油的熱穩定性能較好，能更好地保證工件的淬火質量。當然，專用淬火油優于普通機油的最重要的方面還是它們的冷卻特性。和普通機油相比，不同的專用淬火油在冷卻速度分布上都有蒸氣膜階段短的特點，因而使工件在高溫階段能冷卻得更快。其中快速淬火油的最高冷卻速度都比較高，中低溫階段的冷卻速度快慢則因淬火油的不同品種而有較大差別。熱油在冷卻特性上的特點是蒸氣膜階段更短，而在工件淬火冷卻的低溫階段冷卻較慢。快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的鋼種。熱油主要用于較小型的工件和淬透性較好的鋼種。應該說，任何淬火油都有適合它的工件。但是，除少數情況外，每臺熱處理爐都希望能處理比較多的鋼種和比較多樣的工件，因此，多傾向于選用適應范圍更廣的淬火油。

5、一般說，淬火油的蒸氣膜階段短，中溫階段冷卻得快、低溫階段冷卻速度大，這種油的冷卻能力就很強，它的適用范圍就廣。不少油淬工件的變形是與它的淬火硬度不足和淬硬深度不夠同時出現的。而改用這種適應范圍廣的淬火油，往往能同時解決工件的變形、硬度不足和淬硬深度不夠等問題。淬火油的蒸氣膜階段短，也就是油的高溫階段冷卻得快。這一特點有利于防止先共析鐵素體的析出，也有利于防止帶內花鍵齒輪的變形。簡單說，淬火油總的冷卻速度高有利于獲得較深的淬火硬化層。但從冷卻速度分布上分析，除中、高溫階段要求冷卻得快以外，油的低溫冷卻速度高低對獲得的淬硬層深淺作用更大。低溫冷卻速度越高，淬火硬化層往往越深。攪動淬火油可以提高油的冷卻速度。冷卻速度比較低的油，攪動提高其冷卻能力的作用較大；而對于冷卻速度高的專用淬火油，攪動的作用則相對較小。齒輪的淬火質量問題中還有一類是淬火硬化層過深。硬化層過深，常常在使用中斷齒。解決這類問題的有效辦法之一是降低淬火油的低溫冷卻速度。

6、總之，為保證齒輪的淬火質量去選擇淬火油時，應當根據所處理齒輪的鋼種、形狀特點和熱處理要求從油的冷卻速度分布特性去進行選擇，最好能與淬火油生產廠的有關技術人員一道，通過討論分析確定合適的淬火油和合理的使用方法。