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钢球淬火时内部温度及硬度变化

钢球的淬火过程可分为预淬火、淬火中和淬火后。钢球常用的淬火介质一般为水或水基淬火剂。水的冷却能力强,可获得较高的冷却速率,操作方便,工作条件良好;缺点是其冷却能力对水温非常敏感。因此,我们必须注意水温的控制,一般应控制在40℃以下。由于水在300~200℃温度范围内的冷却速度过高,会增加高碳和低合金钢球开裂的风险,钢球通常采用水+淬火液淬火。该方法不仅发挥了水在高温阶段的高冷却速率,而且利用了淬火液在低温阶段的低冷却速率。钢球可以硬化而不开裂。


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从表面上看,钢球的淬火过程是从热球到冷球。但在整个淬火过程中,钢球的内部温度和结构发生了什么变化?

由于钢球是通过余热淬火的,因此淬火前钢球的内部和外部温度基本相同。当进入淬火介质进行淬火时,钢球内部不同位置的温度和冷却速度并不恒定,钢球表面温度会在很短的时间内迅速下降到相对较低的温度。然而,在随后的淬火过程中,表面温度的下降速度趋于平缓。

造成这种情况的原因有几个:

1、钢球表面形成蒸汽膜;

2、表面温度降低;

3、内部温度持续扩散到表面。它越靠近钢球的内部位置,其降温速度越小。总的来说,淬火初期钢球内外温差较大。随着淬火时间的延长,钢球内外温差逐渐减小,钢球内外温度趋于一致。

以上是钢球淬火过程中内部温度的变化规律,那么为什么钢球的硬度分布特征是:从表面到核心的硬度呈下降趋势?不同材料的淬透性由其化学成分决定,即钢球在淬火过程中获得马氏体的能力。

硬度由组织中马氏体、珠光体和贝氏体的相对含量决定。马氏体含量越高,硬度越高,耐磨性越好;马氏体含量越低,珠光体或贝氏体含量越高,硬度越低,耐磨性越差。只有当冷却速度大于10℃/s时,钢球才能获得所有具有良好耐磨性的马氏体组织。如果低于该冷却速度,组织中将出现珠光体或贝氏体。此外,马氏体的初始相变温度约为175℃,即淬火温度低于175℃,淬火温度越低,转变为马氏体的奥氏体越多。结合上述情况,钢球越靠近内部位置,其降温速度越小。在生产过程中,宁国钢球淬火后需要留有一定的温度进行自回火,因此淬火后钢球的温度是内部温度高,而表面附近的温度逐渐降低。

通过以上分析,我们可以清楚地知道为什么钢球的硬度从表面到核心呈下降趋势。影响钢球性能的另一个重要参数是淬火时间。至于在淬火过程中如何选择淬火时间,需要根据钢球的具体材料和规格,甚至天气来确定。