知否?一道热处理,前后两清洗!

发布时间: 2020年11月19日 浏览次数:1070

热处理,是指材料在固态下通过加热、保温和冷却手段,以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

殷商时代,金箔锤制过程中退火处理被被采用。战国初期,白口铸铁柔化退火工艺已创始,发展到战国后期,已对熟铁进行渗碳淬火。此后的我国古代在热处理领域取得一系列举世瞩目的成就,如退火、淬火、渗碳、擦渗、鎏金、镀锡达到了人类历史同期的先进水平。

进入到现代社会,热处理加工已成为机械装备及其零部件制造过程中一项重要工序,像齿轮、轴承、叶片等重要的机械零件和工模具都要经过热处理,涉及汽车、工程机械、轨道交通、新能源、通用航空及标准件等产业。热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。

很多零件在热处理前需要清洗如渗氮件,热处理后清洗如淬火件。做好热处理前后的清洗工作有助于充分发挥金属材料的性能潜力,提高产品的表面质量,延长产品的使用寿命,提高经济效益。一些热处理加工前后要经过两道清洗工序,一是清洗前道工序,清洗残留的切削油、切削液及防锈油等附着物;二是热处理后清洗,主要是清洗淬火后的残留淬火油。以轴承套圈热处理为例,工艺流程为:进料-前清洗-烘干-淬火-冷却-后清洗 -烘干-回火。

图:Aichelin

零件表面在热处理前及热处理过程中, 往往会存在或产生氧化皮、油渍、盐渣及其他污垢而影响零件的表面质量,因此,必须对零件表面进行及时清理。热处理前后需要注意清洗的工作事项包括:热处理零件的清洗机制;清洗剂种类(包括碱性清洗剂、酸性清洗剂、合成清洗剂、可溶性乳化清洗剂以及去污剂)规范选择;热处理件残油的清洗;热处理件残盐的清洗;盐浴炉淬火、回火的高速钢刀具的清洗守则。

常用的清理方法有浸洗、煮洗、酸洗、喷砂、抛丸等几种。为防止热处理经洗涤、喷砂或抛丸处理后的锈蚀, 常用的防锈方法有浸防锈液、浸涂防锈油、防锈脂和发蓝( 氧化) 处理。在对一些热处理前后的钢材质零件,要严格选择和使用清洗剂,并规范操作清洗步骤,以免对零件造成伤害。比如碳钢法兰在热处理回火后会产生清洗问题,一旦碳钢法兰的层叠不合适,碱烧伤或淬火油的选择错误导致碳钢法兰表面生锈,如果发生这些情况,法兰就会破损。

航空发动机和齿轮箱轴承 图源:SKF

零件热处理淬火后,在油中后冷却将黏附有残油、盐渣以及其他污物等,一般采用碱性3%~5%的水溶液清洗,可以去掉零件表面的附着物。通用的清洗设备有清洗槽和清洗机两类。

与淬火槽相似,清洗槽的结构形式增加了清洗的效果,槽内的加热器装置可配上清洗液对零件进行加热清洗。为确保零件表面的清洁效果,对清洗液的成分和温度有严格要求,并要定期地更换和清理底部的脏物,捞去漂浮的油物和沉积杂质。

 

清洗槽常用的清洗方式

浸渍清洗,在清洗槽中加入清洗液,将被洗物浸渍其中的清洗方式。由于仅靠清洗液的化学作用清洗,所以洗涤能力弱,需要长时间。

喷气清洗,在清洗槽内安装喷气喷管,用气体将清洗液喷射到被清洗工件上的清洗方式,压力>2 MPa。

喷流清洗,从槽的侧面将清洗液在液相中喷出,靠清洗液的搅拌力(物理作用)促进洗涤。洗涤能力比浸渍清洗强。

喷淋清洗,在清洗槽内安装喷淋装置,将清洗液喷射到被清洗工件表面,清洗压力<0.2 MPa。

减压清洗,在清洗槽内产生负压,由于减压,洗涤剂能较好地渗透到被洗物的缝隙之间。若和超声波配合,清洗效果会大大増加。

喷雾清洗,在清洗槽内安装喷雾管,在气相中将洗涤剂喷附到被清洗零件上的清洗方式。压力一般为0.2 ~2 MPa。

九槽超声波清洗机 图源:洁盟官网

清洗槽可以保障良好的清洗效果,尤其是对在硝盐、低温分级盐浴等淬火的零件具有明显的作用。但清洗槽的工作环境相对差,对于盐浴淬火的零件要在清洗槽内煮沸,将表面附着的残盐去除干净,以免造成回火过程中盐浴的腐蚀,出现麻点、麻坑以及连成一片的表面缺陷。

 

清洗机是能够机械化完成零件运送清洗的装置。对于批量不大的中小零件清洗,可以使用室式清洗机。对于大批量的热处理作业,会采用更先进的智能化清洗机:超声波清洗机、真空清洗机、碳氢清洗机、输送带清洗机、多功能室式清洗机、脱脂炉清洗设备等。具体选用应根据零件的成分构成、形状、表面状态、具体特点以及对应的清洗标准,来进行合理的选择,确保清洗效果。

 

清洗工序在严格执行环保清洗标准下,可以提高热处理生产效率和热处理质量,在零件热处理前后,应根据零件表面污物的类型优先选择环保清洗剂。对零件有伤害的清洗剂严格使用;含有三氯乙烷、氟里昂因等破坏大气臭氧层物质的清洗剂,已被禁止使用。其他卤素系物质也因对生态环境、人、畜有害而被限制使用。

真空碳氢清洗机 图源:Ecoclean官网

针对汽车发动机零件、商用车变速器同步环套、轿车变速器零件以及航空发动机等精密零件的清洗,会采用真空清洗、超声波清洗、碳氢清洗工艺及设备等可以解决人力无法解决的热处理前后的精密清洗,大大提升清洗效率,减损或者清除对环境的影响。比如精密零件的构造复杂,人工很难把零件的每个小沟凹槽都清洗干净,所以用超声波清洗机就能迎刃而解。超声波清洗技术技术具备高效率,清洗速度快,清洗时间短,劳动强度低;有高清洁度,对于各种污渍都有很好的去除效果,对深孔、细缝和器械隐蔽处也能清洗干净。碳氢清洗是非环保清洗剂(卤代烃清洗剂)的首选替代品,在解决环保问题的同时提升清洗剂的利用率,实现高效、高品质清洗,为国家淘汰含ODS物质做出重要贡献。

近年来,新一代信息技术、高端装备制造、生物技术及节能环保为代表的战略性新兴产业发展迅速。对关键零部件与基础件制造,其性能和质量都需要接近甚至超过国际先进水平。这些都对热处理工艺、装备和加工服务提出了更高更严格的技术要求,一些快速高效、环保无毒的清洗技术融入到热处理前后的清洗工艺中,成为不可替代的环节,助力我国热处理技术向精细化发展。