鋼球的淬火過(guò)程可分為預(yù)淬火、淬火中和淬火后。鋼球常用的淬火介質(zhì)一般為水或水基淬火劑。水的冷卻能力強(qiáng)，可獲得較高的冷卻速率，操作方便，工作條件良好；缺點(diǎn)是其冷卻能力對(duì)水溫非常敏感。因此，我們必須注意水溫的控制，一般應(yīng)控制在40℃以下。由于水在300～200℃溫度范圍內(nèi)的冷卻速度過(guò)高，會(huì)增加高碳和低合金鋼球開裂的風(fēng)險(xiǎn)，鋼球通常采用水+淬火液淬火。該方法不僅發(fā)揮了水在高溫階段的高冷卻速率，而且利用了淬火液在低溫階段的低冷卻速率。鋼球可以硬化而不開裂。
從表面上看，鋼球的淬火過(guò)程是從熱球到冷球。但在整個(gè)淬火過(guò)程中，鋼球的內(nèi)部溫度和結(jié)構(gòu)發(fā)生了什么變化？
由于鋼球是通過(guò)余熱淬火的，因此淬火前鋼球的內(nèi)部和外部溫度基本相同。當(dāng)進(jìn)入淬火介質(zhì)進(jìn)行淬火時(shí)，鋼球內(nèi)部不同位置的溫度和冷卻速度并不恒定，鋼球表面溫度會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)迅速下降到相對(duì)較低的溫度。然而，在隨后的淬火過(guò)程中，表面溫度的下降速度趨于平緩。
造成這種情況的原因有幾個(gè)：
1、鋼球表面形成蒸汽膜；
2、表面溫度降低；
3、內(nèi)部溫度持續(xù)擴(kuò)散到表面。它越靠近鋼球的內(nèi)部位置，其降溫速度越小。總的來(lái)說(shuō)，淬火初期鋼球內(nèi)外溫差較大。隨著淬火時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼球內(nèi)外溫差逐漸減小，鋼球內(nèi)外溫度趨于一致。
以上是鋼球淬火過(guò)程中內(nèi)部溫度的變化規(guī)律，那么為什么鋼球的硬度分布特征是：從表面到核心的硬度呈下降趨勢(shì)？不同材料的淬透性由其化學(xué)成分決定，即鋼球在淬火過(guò)程中獲得馬氏體的能力。
硬度由組織中馬氏體、珠光體和貝氏體的相對(duì)含量決定。馬氏體含量越高，硬度越高，耐磨性越好；馬氏體含量越低，珠光體或貝氏體含量越高，硬度越低，耐磨性越差。只有當(dāng)冷卻速度大于10℃/s時(shí)，鋼球才能獲得所有具有良好耐磨性的馬氏體組織。如果低于該冷卻速度，組織中將出現(xiàn)珠光體或貝氏體。此外，馬氏體的初始相變溫度約為175℃，即淬火溫度低于175℃，淬火溫度越低，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的奧氏體越多。結(jié)合上述情況，鋼球越靠近內(nèi)部位置，其降溫速度越小。在生產(chǎn)過(guò)程中，寧國(guó)鋼球淬火后需要留有一定的溫度進(jìn)行自回火，因此淬火后鋼球的溫度是內(nèi)部溫度高，而表面附近的溫度逐漸降低。
通過(guò)以上分析，我們可以清楚地知道為什么鋼球的硬度從表面到核心呈下降趨勢(shì)。影響鋼球性能的另一個(gè)重要參數(shù)是淬火時(shí)間。至于在淬火過(guò)程中如何選擇淬火時(shí)間，需要根據(jù)鋼球的具體材料和規(guī)格，甚至天氣來(lái)確定。
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