[淬火工藝] 壓力淬火和冷模淬火
在進行傳統的浸淬時，有許多圓形零件、扁平零件或筒形零件的變形難以接受。汽車齒圈就是非常明顯的例子。這種情況下，就需要采用特殊的工藝。然而，需要強調的是，這些特殊的工藝設備價格昂貴且生產速度較慢。因此，由此產生的熱處理成本相對較高。這樣，只有在強制要求最小變形時才考慮使用這些工藝。壓力淬火與強烈淬火密切相關，后者將在本書的其他章節討論。
壓力淬火
使用最廣泛的特殊工藝可能是壓力淬火。為了實現控制淬火的最大優勢并最大限度地減少加熱循環引起的變形，必須制造壓力淬火模具以提供適當的淬火油流量并保持淬火零件的關鍵尺寸。在壓力淬火中，模具與熾熱的零件接觸，且淬火壓床的壓力以機械方式與零件匹配，這往往發生在淬火開始之前，這時，零件是熾熱的、可塑的。然后機器和模具以受控的方式迫使淬火介質與零件接觸。
淬火劑的流量和流速由淬火壓床控制，流量的分布由模具控制。淬火的速度取決于淬火介質和淬火油的流速。冷卻速度可以通過調節淬火油流過模具的速度來控制。
淬火模具的設計有明確的原則，基礎設備已經標準化。雖然一些基本類型的模具可用于某些典型形狀的工件淬火，但為了適應和顧及到某一特定的零件，還需要額外的模具零件。如果要利用受控淬火的優勢，應該就特定的模具要求咨詢制造商。
當使用適當的設備和正確設計的模具對精確且均勻加工的齒輪進行淬火時，淬火后圓柱度和平面度公差為 0.025 至 0.050 毫米（0.001 至 0.002 英寸）是齒圈等零件的常見要求。所有模具設計中最重要的因素是在熱處理之前將模具接觸面與工件的表面相關聯。
淬火壓力機床
這些淬火壓床有一個油槽和帶有閥門及時間控制的淬火液循環泵系統，因此在淬火循環的所有階段—流過模具的淬火液體積和流量—都會自動改變為預設值，以滿足零件的淬火要求。內置的循環泵系統和油槽將所需的外部淬火介質的供應減少到大約132升/分鐘（35 加侖/分鐘），也可以提供高達 852升/分鐘（225 加侖/分鐘）或更多的淬火液，這取決于機器的大小。所需的淬火介質取決于所需的吸熱和介質的溫升。由于模具的通道將所有淬火液引導至靠近工件的位置，因此無需再增加外來的淬火液，而導致浪費和未利用的溢流。
許多淬火壓力機床都配備了淬火液循環系統，以便在淬火循環期間可以改變淬火油流量。這種做法只是利用了時間-溫度-轉換（TTT）特性。也就是說，淬火油首先以高速率（超過757l/min或200 gal/min）流動，以便使工件盡快冷卻 TTT曲線鼻部以下。當低于260 oC (500oF)轉變為馬氏體時，延緩流動（低至132 l/min 或 35 gal/min）。如果淬火壓床用于高產量，則在馬氏體轉變接近完成時可能會增加淬火油流量，以更快地完成循環并使淬火壓床用于下一個零件。
淬火壓床的類型
基于“快速釋放”或脈沖原理的壓力淬火機床可用于手動或全自動裝置。在這種壓力淬火機床中，工件以通常的方式放置在下模上。“脈沖”是由施加到零件上的上模壓力間歇釋放產生，它通過消除模具的接觸摩擦使零件在正常熱收縮期間“呼吸”。這部分的時間大約需要20 秒，在此期間，脈沖以大約每2秒一次的頻率發生。在脈沖期間保持最大淬火油流量。在手動機器中，淬火油流量減少并最終增加以加速操作，如上所述。
設計用于相對高產量的自動壓床（圖 10.2.6），也是利用脈沖原理。在這個特定的工藝中，將熾熱的齒輪放置在機器前面（位置1）的擴展下模上。然后，下模和工件移動到淬火室的中心（位置2）。上部機構（包括壓環和擴展錐）向下移動接觸工件和下模擴展機構，然后關閉淬火室門。接著淬火油的脈動和流動（約757升/分鐘，或 200 加侖/分鐘）持續大約 20 秒。按照這個預定的時間間隔，脈沖停止，上模上升。輔助淬火室的門打開，讓它充滿油。然后卸料器的鉗口將工件從下模轉移到輔助淬火室（位置 3）進一步冷卻。然后淬火室門關閉，密封輔助淬火室。
圖10.2.6 使用脈沖原理的四位自動齒輪壓力淬火機床剖視圖。
初始淬火室中的淬火油立即排出，下模移動到裝載位置，為下一個工件做好準備。當下一個工件正在淬火時，輔助淬火室中的零件仍處于淬火油液面以下，被排放到輸送帶（位置4），并從淬火油中輸送出來時進一步冷卻。通過這種方法已經以每分鐘兩個的速度完成了環形齒輪的淬火，當檢查替代方案（通常是更多的精加工余量和/或某種形式的矯直）時，這可能被認為是非常好的。然而，與正常的從爐中淬火相比，這種操作被認為是緩慢乏味，且價格昂貴。
冷、干模淬火
常用的淬火介質通常是液體或氣體，薄的扁平圓盤或設計復雜的工件，在傳統介質中淬火會產生不可接受的變形。
解決此類問題的一種方法是利用各種形式的冷的、扁平的或異形模具，這取決于被淬火零件的形狀。如果只涉及到幾個零件，模具不需要特殊冷卻，只要在另一個零件淬火之前允許它們冷卻即可。模具通常用于靠近奧氏體化操作的某種類型的淬火壓床。
作為干模淬火的一個實例，由 AISI 1095 鋼制成的直徑相對較大、3.2 毫米（1/8 英寸）厚的圓盤在788oC（1450 oF）下進行奧氏體化，一次一個依次從爐子中取出，然后迅速落入由銅制成的下模（用于高導熱性）并通過水管冷卻。當工件落到下模上時，啟動淬火壓床，上模（也由銅制成，水冷）牢固地落到工件上并保持它，同時它冷卻得非常快，模擬水淬的速度。圓盤被硬化而不產生變形，但操作緩慢且單調乏味。
幾乎任何形式的干式模具淬火都是緩慢且昂貴的，不應考慮用于常規應用。然而，有一些特殊的應用，成本是合理的。灰鑄鐵由于含有大量的集結石墨而成為優良的散熱片，是干式模具淬火夾具的優良材料。
摘譯自Theory and technology of quenching a handbook《淬火理論與技術手冊》
作者：霍華德·E·博耶
譯者：彭智泓
