本次試驗(yàn)的“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”,是由遼寧和興熱科技有限公司研發(fā)生產(chǎn),該公司從日本引進(jìn)當(dāng)今最先進(jìn)的納米級(jí)無機(jī)水基淬火冷卻介質(zhì)的生產(chǎn)技術(shù)和工藝,在此基礎(chǔ)上加以改善,成功研發(fā)出“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”。該淬火冷卻介質(zhì)適用于滲碳淬火、調(diào)質(zhì)、表面感應(yīng)淬火等熱處理方式。我廠主要用于調(diào)質(zhì)處理。1)“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”的物理特性,見表1。
表1 物理特性
2)“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的有機(jī)淬火冷卻介質(zhì)在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)老化、變質(zhì),甚至失效的問題,存在很大的質(zhì)量隱患;并且隨著季節(jié)的變化,淬火液的濃度也會(huì)隨之改變,不易保存和控制。“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”配比單一,易保存,操作簡單。與傳統(tǒng)的PAG淬火冷卻介質(zhì)的物理特點(diǎn)對(duì)比見表2。
表2 物理特點(diǎn)對(duì)比
一、冷卻特性檢測
在試驗(yàn)前,對(duì)“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”進(jìn)行冷卻特性檢測,并選取我廠正在使用的某有機(jī)淬火劑進(jìn)行對(duì)比分析,具體數(shù)據(jù)見表3。
表3 冷卻特性參數(shù)對(duì)比
從表3中的參數(shù)可以看出,兩者達(dá)到最大冷卻速率的時(shí)間為0.99s,時(shí)間極短,即“蒸汽膜破膜”時(shí)間短,有利于提高零件淬火質(zhì)量;但“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”在300℃時(shí)冷卻速度達(dá)到了96.93℃/s,而有機(jī)淬火介質(zhì)此時(shí)的冷卻速度為52.03℃/s,相比之下,低溫冷卻速度大,對(duì)大尺寸工件的淬硬層深度有所保證。
二、試驗(yàn)過程
試驗(yàn)研究對(duì)象:和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)(淬火劑原料∶水=1∶2)。試驗(yàn)加熱設(shè)備:小型馬弗加熱爐。試驗(yàn)材料:不同直徑的45鋼、40Cr鋼、42CrMo鋼、55Si2Mn鋼等棒料。試驗(yàn)的材料為:①φ40mm的40Cr鋼棒料。②φ40mm的42CrMo鋼棒料。③φ60mm的42CrMo鋼棒料。試驗(yàn)所用工藝:840℃保溫60min,“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”冷卻120s。試驗(yàn)對(duì)象①的試驗(yàn)過程如圖1所示。
a)保溫 b)淬火前 c)淬火后
圖1 試驗(yàn)對(duì)象①的試驗(yàn)過程
②和③的試驗(yàn)過程、試驗(yàn)條件與①相同。試驗(yàn)后,對(duì)試樣進(jìn)行切檢,試驗(yàn)結(jié)果見表4,金相組織如圖2、圖3所示。
表4 試驗(yàn)結(jié)果
第一次試驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”能否滿足直徑60mm以下的40Cr鋼、42CrMo鋼的工藝要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)材料為:④55Si2Mn鋼板材(100mm×100mm×20mm)。⑤45鋼撥叉。第二次的試驗(yàn)對(duì)象是我廠長期以來難以解決的實(shí)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(yàn)所用工藝:810℃保溫60min,“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”淬火冷卻120s。試驗(yàn)過程、試驗(yàn)條件與第一次相同。試驗(yàn)后,對(duì)④和⑤試驗(yàn)材料進(jìn)行切檢,試驗(yàn)結(jié)果見表5,金相組織如圖6、圖7所示。
表5 試驗(yàn)結(jié)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(yàn)的主要目的是驗(yàn)證55Si2Mn鋼和45鋼兩種材料,用“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”淬火后是否會(huì)出現(xiàn)裂紋,結(jié)果顯示無裂紋。試驗(yàn)小結(jié):通過兩次試驗(yàn)表明,“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”可以滿足直徑60mm以下的40Cr鋼和42CrMo鋼對(duì)硬度及金相組織要求,也可用于55Si2Mn鋼和45鋼的調(diào)質(zhì)處理。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,無油煙產(chǎn)生,淬火后淬火介質(zhì)呈透明色,無明顯宏觀變化,無異味,滿足環(huán)保要求。
三、實(shí)際應(yīng)用
基于試驗(yàn)結(jié)果,我公司于2021年6月將“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”投入實(shí)際生產(chǎn),至今,已使用此淬火劑生產(chǎn)大量零件,生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)生,且在日常維護(hù)方面,只向淬火液中添加過5次純凈水,達(dá)到規(guī)定比例(原料∶水=1∶2)即可。
四、結(jié)束語
“和興HX-2000無機(jī)水基淬火介質(zhì)”相比傳統(tǒng)有機(jī)淬火劑,配比單一,易保存和維護(hù),不易變質(zhì),同一種濃度適用于多種材料,且淬火質(zhì)量高;在長期的使用過程中,產(chǎn)生的油煙量極少,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,對(duì)企業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
作者:任園春,劉海燕,李丹
單位:第一拖拉機(jī)股份有限公司齒輪傳動(dòng)公司
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