本次試驗的“和興HX-2000無機水基淬火介質”,是由遼寧和興熱科技有限公司研發生產,該公司從日本引進當今最先進的納米級無機水基淬火冷卻介質的生產技術和工藝,在此基礎上加以改善,成功研發出“和興HX-2000無機水基淬火介質”。該淬火冷卻介質適用于滲碳淬火、調質、表面感應淬火等熱處理方式。我廠主要用于調質處理。1)“和興HX-2000無機水基淬火介質”的物理特性,見表1。
表1 物理特性
2)“和興HX-2000無機水基淬火介質”的特點。傳統的有機淬火冷卻介質在使用過程中經常出現老化、變質,甚至失效的問題,存在很大的質量隱患;并且隨著季節的變化,淬火液的濃度也會隨之改變,不易保存和控制。“和興HX-2000無機水基淬火介質”配比單一,易保存,操作簡單。與傳統的PAG淬火冷卻介質的物理特點對比見表2。
表2 物理特點對比
一、冷卻特性檢測
在試驗前,對“和興HX-2000無機水基淬火介質”進行冷卻特性檢測,并選取我廠正在使用的某有機淬火劑進行對比分析,具體數據見表3。
表3 冷卻特性參數對比
從表3中的參數可以看出,兩者達到最大冷卻速率的時間為0.99s,時間極短,即“蒸汽膜破膜”時間短,有利于提高零件淬火質量;但“和興HX-2000無機水基淬火介質”在300℃時冷卻速度達到了96.93℃/s,而有機淬火介質此時的冷卻速度為52.03℃/s,相比之下,低溫冷卻速度大,對大尺寸工件的淬硬層深度有所保證。
二、試驗過程
試驗研究對象:和興HX-2000無機水基淬火介質(淬火劑原料∶水=1∶2)。試驗材料:不同直徑的45鋼、40Cr鋼、42CrMo鋼、55Si2Mn鋼等棒料。試驗的材料為:①φ40mm的40Cr鋼棒料。②φ40mm的42CrMo鋼棒料。③φ60mm的42CrMo鋼棒料。試驗所用工藝:840℃保溫60min,“和興HX-2000無機水基淬火介質”冷卻120s。試驗對象①的試驗過程如圖1所示。
a)保溫 b)淬火前 c)淬火后
圖1 試驗對象①的試驗過程
②和③的試驗過程、試驗條件與①相同。試驗后,對試樣進行切檢,試驗結果見表4,金相組織如圖2、圖3所示。
表4 試驗結果
第一次試驗的主要目的是驗證“和興HX-2000無機水基淬火介質”能否滿足直徑60mm以下的40Cr鋼、42CrMo鋼的工藝要求。試驗數據表明,該水基淬火劑可以滿足此直徑要求。
圖2 40Cr鋼試樣心部組織:馬氏體+屈氏體(500×)
圖3 42CrMo鋼試樣心部組織:馬氏體+屈氏體(500×)
試驗材料為:④55Si2Mn鋼板材(100mm×100mm×20mm)。⑤45鋼撥叉。第二次的試驗對象是我廠長期以來難以解決的實際零件,如圖4、圖5所示。
圖4 55Si2Mn鋼板材 圖5 45鋼撥叉
第二次試驗所用工藝:810℃保溫60min,“和興HX-2000無機水基淬火介質”淬火冷卻120s。試驗過程、試驗條件與第一次相同。試驗后,對④和⑤試驗材料進行切檢,試驗結果見表5,金相組織如圖6、圖7所示。
表5 試驗結果
圖6 55Si2Mn鋼心部組織:馬氏體+少量屈氏體(500×)
圖7 45鋼撥叉心部組織:馬氏體+少量屈氏體(500×)
第二次試驗的主要目的是驗證55Si2Mn鋼和45鋼兩種材料,用“和興HX-2000無機水基淬火介質”淬火后是否會出現裂紋,結果顯示無裂紋。試驗小結:通過兩次試驗表明,“和興HX-2000無機水基淬火介質”可以滿足直徑60mm以下的40Cr鋼和42CrMo鋼對硬度及金相組織要求,也可用于55Si2Mn鋼和45鋼的調質處理。在整個試驗過程中,無油煙產生,淬火后淬火介質呈透明色,無明顯宏觀變化,無異味,滿足環保要求。
三、實際應用
基于試驗結果,我公司于2021年6月將“和興HX-2000無機水基淬火介質”投入實際生產,至今,已使用此淬火劑生產大量零件,生產材料包含45鋼、40Cr、42CrMo、35CrMo等中碳鋼,也有55Si2Mn、60Si2Mn等彈簧鋼,其中最大尺寸為直徑65mm的42CrMo鋼棒料,經切檢,硬度以及金相組織均滿足工藝要求。在使用過程中,幾乎無油煙產生,且在日常維護方面,只向淬火液中添加過5次純凈水,達到規定比例(原料∶水=1∶2)即可。
四、結束語
“和興HX-2000無機水基淬火介質”相比傳統有機淬火劑,配比單一,易保存和維護,不易變質,同一種濃度適用于多種材料,且淬火質量高;在長期的使用過程中,產生的油煙量極少,符合可持續發展的要求,對企業的發展具有重要意義。
作者:任園春,劉海燕,李丹
單位:第一拖拉機股份有限公司齒輪傳動公司
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