Question

冷却速度与冷却介质不同,对材料的性能有何影响有何影响？

Answer 1

渗碳齿轮在淬火时，被加热到奥氏体化以后 ，放入淬火冷却介质中进行冷却 。在冷却过程中，经过不同的冷却速度完成 淬火过程 。由于淬火冷却介质的不同 ，其冷却速度也不同，淬火冷却介质的冷却速度对淬火渗碳 齿轮显微组 织有很大的关系 。

1.渗碳齿轮淬火冷却阶段分析

齿轮类产品一般需要进行渗碳淬火热处理,以增加齿轮齿面接触强度, 提高抗弯强度 。

淬火冷却介质为油，其淬火冷却过程可分为三个阶段：蒸汽膜冷却阶段、沸腾冷却阶段 、对流冷却阶段。

(1)蒸汽膜冷却阶段

当红热的齿轮浸入淬火冷却介质后 ，淬火冷却介质会受热汽化并立即在渗碳齿轮表面形成一层蒸汽膜。渗碳齿轮 的热量主要通过蒸汽膜的辐射和传导进行热量传递 ，此时渗碳齿轮的冷却速度缓慢 ，直到渗碳齿轮表面所提供的热量不能满足形成蒸汽膜所需要的热量时，蒸汽膜破裂 ，开始转入沸腾阶段。蒸汽膜阶段向沸腾阶段转变的温度 ，称为淬火冷却介质的特性温度 。淬火冷却介质的特性温度升高时 ，淬火渗碳齿轮就可在短时间内和较高的温度下进入快速冷却阶段 ，快速冷却有利于防止奥 氏体的分解而产生非马氏体组织 。因此，特性温度是衡量淬火冷却介质冷却性能的重要指标 。特性温度与淬火冷却介质的物理性能有关 ，如淬火冷却介质的黏度低 、蒸汽压低等均可促进特性温度升高 。另外 ，淬火冷却介 质与渗碳齿轮的相对运动 ，如对淬火冷却介 质的正确搅动和渗碳齿轮在淬火冷却介质中的窜动都可使蒸汽膜很快破裂 ，在短时间内由蒸汽膜冷却阶段转入沸腾冷却阶段 ，就会加快渗碳齿轮的冷却速度。

(2)沸腾冷却阶段

渗碳齿轮直接与淬火冷却介质接触 ，淬火冷却介质在渗碳齿轮表面产生强烈沸腾 ，渗碳齿轮的热量被淬火冷却介 质汽化吸收 ，散热速度加快 ，冷却速度达到最大值。渗碳齿轮表面的温度迅速降低 ，当渗碳齿轮表面温度低于淬火冷却介质沸点时 ，沸腾冷却阶段结束。

(3)对流冷却阶段

渗碳齿轮表面温度低于淬火冷却介质的沸点时 ，转入对流冷却阶段，此时渗碳齿轮与淬火冷却介质之间的传导热量方式主要以对流传导方式进行。

2.淬火冷却介质冷却速度的影响

渗碳齿轮在淬火冷却时，为了获得所需金相组织，就必须要有正确的淬火冷却规范。在淬火冷却过程中，为了避免渗碳齿轮在较高的温度区域内由奥氏体向珠光体转变，必须在过冷奥氏体最不稳定的区域进行，以大于临界冷却速度进行冷却，才能得到马氏体组织。

淬火冷却介质的冷却速度并非越快越好，如果采用较快的冷却速度使渗碳齿轮一直冷却到室温，将使渗碳齿轮在高温区域内产生大的热应力。若渗碳齿轮处于塑性状态时 ，对渗碳齿轮内部组织影响不大，当渗碳齿轮冷却至马氏体开始转变点以下，会产生组织内应力，将影响热处理质量，如使淬火渗碳齿轮产生很大的变形和开裂。因此，在马氏体组织转变区域需要缓冷。

因而正确的淬火冷却规范 ( 冷却曲线 )应该是在渗碳齿轮的奥氏体最不稳定的区域 (临界冷却区域 )以较快的冷却速 度 (大于临界 冷却速度 )冷却 ，而在马 氏体组织转 变区域 ( 点以下 )应以缓慢的冷却速度进行冷却 ，从而保证淬火后的渗碳齿轮既可获得要求的淬火组织，又消除了因过快速冷却产生的组织内应力，这样的冷却速度称为理想冷却速度。

3.淬火冷却介质特性的影响

传统的渗碳齿轮淬火冷却介质一般为全损耗系统用油，如L—AN32、L-AN46等，其不是渗碳齿轮专用的淬火冷却介质，虽在使用中具有一定的优点，但也存在着很多缺点。如在使用过程 中成分不稳定，易老化变质，冷却速度不易控制，使淬火渗碳齿轮表面出现腐蚀现象，表面不光洁，不容易清洗，对环境有污染，特性温度不宜过高，容易造成火灾，变形大等。因此，渗碳齿轮淬火质量不易控制。

为了保证淬火渗碳齿轮的质量，首先，使淬火渗碳 齿轮在较高的温度下进入快速冷却阶段，必须使淬火冷却介质的特性温度升高;其次，使淬火后的渗碳齿轮获得要求的淬火组织，又能消除因过快速冷却产生的组织内应力。因此，选用渗碳齿轮专用的淬火冷却介质应具有如下特点：

(1)具有良好的冷却特性，要在过冷奥氏体最不稳定的区域有足够的冷却速度，而在低温马氏体组织转变区域 ( Ms点以下 )要具有缓慢的冷却速度。

(2)要有较宽的适用范围。

(3)淬火冷却介质的成分要稳定，在使用过程中不易老化变质。

(4)对渗碳齿轮表面不腐蚀，淬火后表面要光洁，容易清洗。

(5)环保，无毒，无污染等。

对于渗碳齿轮专用淬火冷却介质的选择，还应根据渗碳齿轮的尺寸规格、材质、结构、技术要求及工况条件进行综合考虑。

4.渗碳齿轮淬火冷却介质选择要求

热处理工件为大中型渗碳齿轮,最大外径 1600mm，厚度40~450ram，材 质20CrMnTi、20CrMnMO、20Cr2Ni4A等 ，渗碳层深 0.2~2.5mm。由此可知热处理工件主要为中大截面厚度齿轮，为了满足我厂渗碳齿轮淬火质量要求，对渗碳齿轮专用淬火冷却介质选择应为 ：

①冷速适中的快速淬火油，最大冷速为90~100℃/s。

②淬火油适用范围要宽，能够满足我厂所有渗碳齿轮的淬火要求 。

③淬火油要具有较高的特性温度，减少蒸汽膜冷却阶段时间，提高渗碳齿轮在高温阶段的破膜能力，使淬火的渗碳齿轮长时间处在均匀一致的冷却过程,减小因冷却过程不均匀产生的淬火应力,有效控制渗碳齿轮在淬火过程中的变形。选择淬火油的特性温度在670℃以上 。

④减少由于在低温冷却阶段产生的组织应力而导致淬火渗碳齿轮的变形 ，选择的淬火油应具有较低的C点 (下特性温度 )。

Answer 2

既然涉及成分均匀的问题，那么所涉及的体系大概是二元或多元的固溶体系统；冷却过程温度范围一般是指从熔点温度以上到固溶体中组元基本不发生扩散的温度。

还有两个问题比较关键，一个是熔体凝固过程中各个部分的温度是否一致；另一个是所谓的慢速冷却是否“足够慢”。此处省略许多理由……

先说速冷，相对简单。速冷过程中，熔体快速大量爆发形核，由于冷速过大，偏离热力学平衡状态，所形成的固相成分遵循更省事儿的过程（动力学要求），也就是这些固态核心的成分就是液相的成分，没有偏析。那就是所谓的成分均匀状态。但如果无法保证熔体各部分在冷却过程中温度一致（实际情况往往如此），那就另当别论了。

再说缓冷，若是无限接近热力学平衡的状态，也简单。根据相图(e.g. BiSb合金)，凝固过程中形成的初晶核心成分上虽然与液相成分不同，但固相中的元素有足够的时间扩散，所以最后也同样获得成分的均匀合金。但实际情况也并非如此，相对于液相中的扩散速度，原子在固相中的扩散系数很小，正常炉冷冷速，可以认为固相中的原子几乎没怎么动；……也就是说正常的缓冷，是难以获得成分均匀的合金的。至于具体原因，还是得看相图。

再说些其他情况（可能题外话了）。

假设是最简单的一维定向凝固过程，体系是最简单的二元无限固溶合金（如BiSb），那么从熔体一端开始缓冷（慢速），这一端先凝固（后者说析出）与液相成分平衡的固相。根据相图，率先形成的固相成分势必与液相成分不同。随着凝固过程从一端开始到另一端结束，最终会形成一维晶棒两端的成分偏离名义成分，晶棒中间部分相对符合设计成分的分布。

铸造模具中的凝固过程：如果缓冷，那么管壁处率先降温凝固形核，最中心处冷得最慢；类比一维定向凝固过程，从铸锭表面到中心，势必会形成一定的成分偏差。

Answer 3

相对于金属键，共价键与离子键具有较高的能量，约高出金属键键能的一倍左右，所以，离子键或共价键构成的无机非金属材料一般熔点高、硬度高，脆性大，透明度高，导电性低。具有金属键的金属材料有弹性，可延展，导电性高，透明度低。由于共价键的晶体的配位数比离子晶体还要小，所以共价键的晶体的熔点、硬度比离子晶体还要高。
碳化物的离子键成分约占5~25%，氮化物的离子键成分约占20~40%，硼化物的离子键成分约占5~10%。
3. 什么是玻璃态物质的四个通性？
各向同性；介稳性；性质变化的连续性和渐变性；没有固定的熔点
4. Tg-Tf玻璃转变温度区域对玻璃的结构、性质有何意义？
在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构。温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。因此，固态玻璃的性质与冷却速度有关，冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升，所以说固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。
5. 解释晶子学说和无规则网络学说。
无规则网络学说：原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。
晶子学说：在玻璃中存在着有规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。
无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。
当前比较统一的看法是:玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点。
6. 石英玻璃具有哪些结构、性能特点？
1. [Si04]是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元 ，2. Si-O键是极性共价键，3. Si-O键的键能非常大，4. [Si04]正负电荷重心重合，不带极性，5. [Si04]以顶角相连。6.性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。
Na2O - SiO2二元系统玻璃：石英玻璃中，加入R2O使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。
7. 氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结构，这是为什么？此时形成的Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用，又是为什么？
8. 玻璃中氧化物分成哪三类？常见的玻璃网络生成体有哪些（至少三种）？
分类：（1）网络形成体：能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系（2）网络外体：凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外（3）中间体：一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间
SiO2 B2O3 P2O5 GeO2 As2O5
9. 玻璃中加入少量Al2O3的作用？
在玻璃中加入少量的Al2O3，可以夺取非桥氧形成「AlO4」，进入硅氧网络，把断网连接起来，使玻璃结构趋于紧密，从而降低了玻璃的结晶倾向，抑制分相，Al2O3的加入还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度等性能，Al2O3还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。
10. 玻璃生成的热力学条件：一般来说，同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越难形成玻璃。

Answer 4

冷却速度与材料组织结构的形成关系很大，在“金相图”当中几个分界点很明显，骤冷会使组织结构更致密。
2015-11-20
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其他回答 1条回答
Look
铸件的冷却过程,铸件热量散失直至铸件温度与环境温度达到平衡的过程.从这方面考虑,影响其冷却速度的因素有两方面,一是外部条件,二是内部条件.外部条件,如是否有冷却系统,所处环境是否通风等,这个很好理解；内部条件,如铸件壁厚、内部结构等,壁厚厚的地方比壁厚薄的地方散热快,因为厚度大所携带的能量也多,散热自然就慢一些,其次表面结构比内部结构散热快,因为热量散失是由内向外的辐射式散失.

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冷却速度肯定会对质量有影响的,铸件冷却是热胀冷缩中冷缩的过程,如果铸件一个部位缩的快,一个部位缩的慢,铸件受内部应力作用,会导致铸件变形、铸造缺陷等情况的发生.
另外,冷却冷却速度快慢会对内部晶体组织有影响吧
2015-11-20
11
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