一种无机水基淬火介质冷却特性的研究和应用

2021-02-26任园春刘海燕李丹

金属加工(热加工) 2021年1期

任园春，刘海燕，李丹

第一拖拉机股份有限公司齿轮传动公司河南洛阳 471000

1 试验对象

本次试验的“和兴H X-2000无机水基淬火介质”，是由辽宁和兴热科技有限公司研发生产，该公司从日本引进当今最先进的纳米级无机水基淬火冷却介质的生产技术和工艺，在此基础上加以改善，成功研发出“和兴HX-2000无机水基淬火介质”。该淬火冷却介质适用于渗碳淬火、调质、表面感应淬火等热处理方式。我厂主要用于调质处理。

1）“和兴HX-2000无机水基淬火介质”的物理特性，见表1。

表1 物理特性

2）“和兴HX-2000无机水基淬火介质”的特点。传统的有机淬火冷却介质在使用过程中经常出现老化、变质，甚至失效的问题，存在很大的质量隐患；并且随着季节的变化，淬火液的浓度也会随之改变，不易保存和控制。“和兴HX-2000无机水基淬火介质”配比单一，易保存，操作简单。与传统的PAG淬火冷却介质的物理特点对比见表2。

表2 物理特点对比

2 冷却特性检测

在试验前，对“和兴HX-2000无机水基淬火介质”进行冷却特性检测，并选取我厂正在使用的某有机淬火剂进行对比分析，具体数据见表3。

从表2中的参数可以看出，两者达到最大冷却速率的时间为0.99s，时间极短，即“蒸汽膜破膜”时间短，有利于提高零件淬火质量；但“和兴HX-2000无机水基淬火介质”在300℃时冷却速度达到了96.93℃/s，而有机淬火介质此时的冷却速度为52.03℃/s，相比之下，低温冷却速度大，对大尺寸工件的淬硬层深度有所保证。

表3 冷却特性参数对比

3 试验过程

试验研究对象：和兴HX-2000无机水基淬火介质（淬火剂原料∶水=1∶2）。

试验加热设备：小型马弗加热炉。

试验材料：不同直径的45钢、40Cr钢、42CrMo钢、55Si2Mn钢等棒料。

淬火冷却介质温度：20℃（室温）。

无损检测设备：通用磁粉探伤机。

（1）第一次试验试验的材料为：①φ40mm的40C r钢棒料。②φ40m m的42C r M o钢棒料。③φ60mm的42CrMo钢棒料。试验所用工艺：840℃保温60min，“和兴HX-2000无机水基淬火介质”冷却120s。试验对象①的试验过程如图1所示。

图1 试验对象①的试验过程

②和③的试验过程、试验条件与①相同。试验后，对试样进行切检，试验结果见表4，金相组织如图2、图3所示。

第一次试验的主要目的是验证“和兴HX-2000无机水基淬火介质”能否满足直径60m m以下的40Cr钢、42CrMo钢的工艺要求。试验数据表明，该水基淬火剂可以满足此直径要求。

表4 试验结果

图2 40Cr钢试样心部组织：马氏体+屈氏体（500×）

图3 42CrMo钢试样心部组织：马氏体+屈氏体（500×）

（2）第二次试验试验材料为：④55Si2Mn钢板材（100mm×100mm×20mm）。⑤45钢拨叉。第二次的试验对象是我厂长期以来难以解决的实际零件，如图4、图5所示。

图4 55Si2Mn钢板材

图5 45钢拨叉

第二次试验所用工艺：810℃保温60min，“和兴HX-2000无机水基淬火介质”淬火冷却120s。试验过程、试验条件与第一次相同。试验后，对④和⑤试验材料进行切检，试验结果见表5，金相组织如图6、图7所示。

表5 试验结果

图6 55Si2Mn钢心部组织：马氏体+少量屈氏体（500×）

图7 45钢拨叉心部组织：马氏体+少量屈氏体（500×）

第二次试验的主要目的是验证55Si2Mn钢和45钢两种材料，用“和兴H X-2000无机水基淬火介质”淬火后是否会出现裂纹，结果显示无裂纹。

试验小结：通过两次试验表明，“和兴H X-2000无机水基淬火介质”可以满足直径60mm以下的40Cr钢和42CrMo钢对硬度及金相组织要求，也可用于55Si2Mn钢和45钢的调质处理。在整个试验过程中，无油烟产生，淬火后淬火介质呈透明色，无明显宏观变化，无异味，满足环保要求。

4 实际应用

基于试验结果，我公司于2018年6月将“和兴H X-2000无机水基淬火介质”投入实际生产，至今，已使用此淬火剂生产大量零件，生产材料包含45钢、40Cr、42CrMo、35CrMo等中碳钢，也有55Si2Mn、60Si2Mn等弹簧钢，其中最大尺寸为直径65mm的42CrMo钢棒料，经切检，硬度以及金相组织均满足工艺要求。在使用过程中，几乎无油烟产生，且在日常维护方面，只向淬火液中添加过5次纯净水，达到规定比例（原料∶水=1∶2）即可。