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在當(dāng)前熱處理企業(yè)的生產(chǎn)中,作為淬火介質(zhì)的淬火油,據(jù)統(tǒng)計約占70%,可見淬火油用量仍占相當(dāng)大比重。
定期檢查淬火油的特性能對控制熱處理工藝保證淬火工件品質(zhì)是關(guān)鍵一環(huán)。然而,整個熱處理行業(yè)大多數(shù)企業(yè)普遍忽視淬火介質(zhì)的性能,即使投入大量資金改進設(shè)備和質(zhì)量控制手段,卻很少關(guān)心淬火介質(zhì)的狀態(tài)。往往一種淬火油使用很多年,僅用添加新油方法保持其狀態(tài)。熱處理生產(chǎn)的許多工件質(zhì)量問題幾乎都與淬火介質(zhì)狀態(tài)有關(guān),并且經(jīng)常性的重復(fù)發(fā)生。如10.9級以上高強度緊固件或有特殊要求的熱處理來說,淬火介質(zhì)的性能對熱處理操作的成敗起重要作用。
淬火油的功能是將赤熱的金屬零件的熱量迅速帶走,使之降至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下獲得高硬度的馬氏體組織和硬化層深度,同時亦要兼顧減少零件的變形和防止開裂。因此淬火油的基本特性就是『冷卻特性』,其特點就是高溫階段的冷速較快,而低溫階段冷速較慢,這一特性很適合合金鋼≥10.9級以上高強度緊固件的淬火要求。
淬火油在使用中的變化比較復(fù)雜,產(chǎn)生熱分解、氧化和聚合反應(yīng),它包含所加添加劑的變化和基礎(chǔ)油變化兩部分,是這兩方面變化的綜合結(jié)果,不同的淬火油以及不同的淬火工藝,變形情況會有較大的差別,因此加強對淬火油的嚴(yán)格管理對保證淬火工件的品質(zhì)極為重要。
日常淬火油質(zhì)量監(jiān)測的專案為:粘度、閃點、水份、不溶灰分(又稱沈淀物)和冷卻速度。
1.閃點
一般情況下,不管是開式還是閉式淬火油糟,隨使用時間的延長,油的閃點都是呈下降傾向。連續(xù)式網(wǎng)帶爐的油糟閃點下降10~20℃后即可穩(wěn)定。當(dāng)閃點下降較多時易出現(xiàn)淬火軟點,而且不安全,應(yīng)進行及時處理。
2.粘度
這一指標(biāo)與油的冷卻性能有密切關(guān)系,粘度的變化對開式油槽和閉式油槽有所差異。開式油槽因燒損快,氧化聚合反應(yīng)幾率大,故粘度呈增大傾向。閉式油槽的淬火油則以熱分解為主,因而粘度表現(xiàn)為下降趨勢,熱分解使粘度下降,導(dǎo)致軟點產(chǎn)生和變形增大。添加劑分解粘度增大,致使油的冷卻能力下降。油的使用溫度越高,油變質(zhì)得越快。連續(xù)式網(wǎng)帶爐配備完備的回圈冷卻系統(tǒng),使油溫穩(wěn)定在60~70℃范圍,并通過槽內(nèi)的回圈攪拌防止局部過熱等措施,可減慢油變質(zhì),延長油的使用壽命。
3.不溶灰分(沉淀物)
油中存在的不溶灰分(沉淀物)有焦泥、槽中的細(xì)微粒鐵粉沙粒和塵埃等雜物。當(dāng)這些雜物超過一定數(shù)量時會引起油的粘度上升,冷卻能力下降,故應(yīng)定期采取過濾油,清掃油槽等措施加以去除。
4.水份
油中含有微量水份將嚴(yán)重影響油的冷卻性能,造成淬火后工件光亮度下降,硬度不均,產(chǎn)生軟點甚至開裂傾向。研究發(fā)現(xiàn),油淬產(chǎn)生的變形問題部分是因油中含水造成的。此外,油中含水還加速了油的乳化變質(zhì)和促進油中添加劑的失敗。當(dāng)油中含水量≥0.1%時,油受到加熱時有可能使聚集在油槽底部的水達到沸點后,體積突然膨脹,易造成油溢出淬火油槽而引發(fā)火災(zāi)。
淬火油含有水份,主要惡化冷卻性能,加速油的老化。對快速淬火油中含水對冷卻特性的影響之研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于微量水促使添加劑失敗,導(dǎo)致淬火油的最高冷速明顯下降,隨著油中含水量的增加,使對流冷卻階段的冷卻速率增加(300℃的冷卻速率從不含水時的8℃/s增加到含水0.20%的40℃/s),工件變形和開裂傾向也會增大。
淬火油中若混入200 ppm以上的水份就需要查出產(chǎn)生水份的原因,若油中含水量達到0.5%,就必須對油中水份要設(shè)法去除。通常用加熱脫水、沉淀脫水、離心脫水、過濾脫水,這對于保證淬硬、減少變形和開裂將不無好處。
5.冷卻曲線
快速淬火油的冷卻曲線能比較直觀地表明該種淬火油的冷卻特性,是選擇淬火油品種和監(jiān)測火油冷卻性能變形的重要手段。因此,熱處理企業(yè)都應(yīng)定期檢測淬火油的冷卻特性曲線。
淬火油在使用中因產(chǎn)生熱分解、氧化和聚合反應(yīng),產(chǎn)生氧化皮、殘?zhí)咳芙庥椭?,從而使油品顏色變黑,?dǎo)致冷卻特性下降;此時經(jīng)淬火后的工件強度、硬度、韌性、耐磨性達不到規(guī)定指標(biāo),甚至造成工件變形開裂。很多企業(yè)普遍的做法是添加新油到淬火池(槽),緩解油品性能的下降速度,這種治標(biāo)不治本的做法,往往是工件質(zhì)量一直達不到規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo);須把淬火油抽出,清洗油池(槽),重新加注新油才能保證工件質(zhì)量指標(biāo)。
換下來的廢油可用脫色凈油機凈化后再用,脫色凈油機主要是把油品的污染物:如水分、氧化皮、殘?zhí)?、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)去除,凈化后油品顏色恢復(fù),接近新油顏色,指標(biāo)達到國家標(biāo)準(zhǔn)(SH 0564熱處理油),可當(dāng)新油使用,保證了淬火油指標(biāo)和工件質(zhì)量,不用再投入大量資金購買新油來更換。
脫色凈油機采用先進的二元一次脫水技術(shù),完全去除淬火油中的水分,恢復(fù)淬火油的冷卻性能;采用絮凝吸附技術(shù),去除油中的氧化皮、殘?zhí)?、膠質(zhì)等溶于油品的雜質(zhì),恢復(fù)淬火油的閃點、粘度和冷卻曲線,最終保證恢復(fù)淬火油的指標(biāo)和理化性能,保證工件質(zhì)量。
結(jié)語
淬火油冷卻特性對工件熱處理的成敗是至關(guān)重要的。熱處理企業(yè)(或熱處理車間)要建立一套完整的淬火油管理制度和記錄,完善和保持淬火油槽有良好的攪拌,加熱和冷卻系統(tǒng),以保證淬火油槽處于工藝控制狀態(tài)。
此外,根據(jù)熱處理產(chǎn)量多少,每半年或一年清理油槽一次,過濾油污,清除槽底的殘渣雜物,及時補充新油。每月或每三個月對每個油槽都應(yīng)取油樣檢測一次以監(jiān)測油質(zhì)變化情況,當(dāng)檢測的指標(biāo)超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)而無法調(diào)整改善時,必須整槽換油,用脫色凈油機凈化廢油后在加注。這樣既保證了淬火油的指標(biāo)和工質(zhì)量,又為企業(yè)節(jié)約大筆購買淬火油的資金,是一種依據(jù)多的質(zhì)量控制、能源節(jié)約措施。
某大型熱處理企業(yè)淬火油凈化效果