PAG淬火介质与强烈淬火原理

常规淬火通常用油、水或聚合物溶液冷却，而强烈淬火法则用水或低浓度盐水，其中水、低浓度盐水及聚合物溶液等被称为PAG淬火介质。强烈淬火的特点是冷速极快，而不必担心钢件的过度畸变和开裂。常规PAG淬火介质的淬火冷却温度时，钢件表层形成拉应力或低应力状态，而强烈淬火则在冷却中途、工件心部尚处于热态时便停止冷却，使其表层形成压应力。 钢自奥氏体化温度淬火时，表面和心部的温度差会导致内应力。相变组织的比容变化和相变塑性还会引起附加相变应力。若热应力和相变应力叠加，即综合应力超过材料的屈服强度，就会发生塑性变形；如果共同作用的应力超过热态钢的抗拉强度，就会形成PAG淬火介质淬火裂纹。 钢件用PAG淬火介质淬火时力求得到奥氏体一珠光体转变的临界冷速，以获得100%马氏体。但在马氏体转变区提高冷速会使开裂的几率趋向最大，然后又逐渐减小到零。这是根据用有限元法建立的淬火过程的非稳态热传导和相变热过程的数学模型以及合理边界条件下的弹塑性变形规律计算出的。计算结果发现，残余拉应力随冷速的增加逐步达到极大值，然后迅速降低，直到转变为压应力，此时，形成淬火裂纹的几率就微乎其微了。PAG淬火介质的淬火件的表面残余应力测定值和符号都证实了这一点。 在强烈淬火过程中，由相变塑性引起的残余应力和奥氏体-马氏体转变的比容变化导致的残余应力增加。在强烈冷却时，工件表面立即冷到槽液温度，心部温度几乎没有变化。快速冷却引起表面层收缩和被心部应力平衡的高拉伸应力。温度梯度的增加使初始马氏体转变造成的拉应力增加，而马氏体转变开始温度Ms的提高会引起相变塑性导致的表层膨胀，表面拉应力会明显减小，并转化为压应力，表面压应力数值和生成的表面马氏体量成正比。 这种表面压应力决定着心部是否会在压缩条件下发生马氏体相变，或者在进一步冷却时会使表面拉应力发生逆转。如果马氏体转变使心部体积膨胀足够大，并且表层马氏体很硬很脆，就会使表层由于应力逆转而破裂。为此，钢件表层应出现压应力，心部的马氏体转变应尽可能晚发生。 当表层形成最大压应力时，PAG淬火介质强烈淬火过程应停顿，随后在Ms温度保持等温冷却。如此将会延迟心部的冷却，使其马氏体转变变慢，在表层形成高的压应力。当表面硬化层达到一个优化厚度，并在表层达到最大应力值时，就完成PAG淬火介质强烈淬火的全部过程。使工件淬火开裂减小到最低程度的另一种方法是保证材料的塑性，即过冷奥氏体只转变为小于30%的新马氏体。 初始阶段，PAG淬火液强烈淬火一直维持到过冷奥氏体转变到不超过30%马氏体的工件表面温度，然后即终止强烈淬火，使工件在空气中冷却到截面温度平衡。表层形成的新马氏体是经过自回火的，能避免产生淬火裂纹，因为这时的应力值已下降到很低。最后再强烈冷却到室温，使其余奥氏体完全转变为马氏体。在马氏体转变范围内的强烈冷却可改善材料塑性，提高材料强度。 本文参考《淬火冷却技术及淬火介质》一书。 相关链接 2023年安徽黄山团建圆满结束

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