葉片鋼調質采用水基淬火冷卻介質代油的可行性分析

哈爾濱北方熱處理有限公司 （黑龍江 150070） 王伯昕

哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 （黑龍江 150046） 楊 鑫

1. 水基淬火冷卻介質

水基淬火冷卻介質代油進入我國熱處理行業已二十多年。很多企業使用后認為：工作環境清潔，不燃燒，無煙氣，無火災危險，通過有效地控制介質濃度、溫度、攪拌循環等工藝條件，可滿足各種零件的淬火要求。經過熱處理應用和市場調研，德國德潤寶水基聚合物淬火冷卻介質F2000代油方面得到了行業內很多企業的認同。

（1）F2000水基淬火冷卻介質冷卻曲線如附圖所示。303為15%的FEROQUENCH2000淬火介質，307為12%的FEROQUENCH2000淬火介質，308為32號機油。探棒符合ISO9950標準，InconeI 600Ni-Cr合金，φ12.5mm×60mm。測試條件：液（水）溫30℃，油溫40℃；其中FEROQUENCH2000淬火介質與機油均為中速攪拌，自來水未攪拌（以下結果只供對照參考使用，不作為標準曲線）。

水基淬火冷卻介質冷卻曲線

（2）主要物理性能 外觀為黃色液體，密度為1.04g/cm3（20℃），黏度為1100mm2/s（20℃），pH值：9.2～9.3（5%～15%濃度介質）。

（3）F2000水基淬火冷卻介質使用濃度范圍 片鋼多為高合金結構鋼或不銹鋼等材料，根據F2000冷卻曲線，冷卻能力應選用中溫600℃左右的冷速比油快，低溫300℃接近油的冷速。所以選用F2000水基淬火冷卻介質使用濃度范圍為10%～15%。本次試驗濃度選用8%、10%、12%、15%四檔。

（4）F2000水基淬火冷卻介質使用溫度 與油淬相比，幾乎所有水基淬火冷卻介質的冷卻特性都受介質溫度的影響，因而必須將其溫度控制在較小的范圍內，才能保證介質始終具有穩定一致的冷卻特性，從而獲得最佳的淬火效果。

F2000水基淬火冷卻介質使用溫度一般控制在30～50℃，經驗證明瞬時溫度升高或降低10℃都不影響零件的淬火效果。為達到控制淬火冷卻介質溫度的目的，應具備淬火冷卻介質加熱、冷卻、循環、攪拌的條件。

（5）F2000水基淬火冷卻介質的化學組成和安全性 F2000水基淬火冷卻介質結構為聚酰胺類有機高分子聚合物胺類及其他添加劑的水溶液組成，對人體健康和環境無危害。

2. 試驗結果與分析

本試驗結合生產選用有代表性的8種高合金材料。采用8%、10%、12%、15%四種F2000水基淬火冷卻介質濃度配比。按現生產中執行的標準工藝參數（淬回火溫度），調質處理后取樣進行各種性能測試，與現行各種性能要求的標準進行對比，結果見表1、表2。

（1）由表1可見，采用F2000水基淬火冷卻介

質調質后，相同回火溫度下硬度有明顯提高。這是由于水基淬火冷卻介質淬火時中溫冷卻階段的冷速比油淬有較大提高（從冷卻曲線可以看出），由此提高了零件的淬透性和淬硬性，并且在低溫冷卻的對流階段同樣具有相當于油淬的緩慢冷速，從而不會使淬火零件產生淬火裂紋。這一點也是水基淬火冷卻介質代油得以應用的前提條件。

表1 試驗數據

表2 將試驗中所獲得的數據除以標準值

（2）從表1、表2可見，各種材料的各種性能指標較油淬標準值均有所提高，這主要是采用水基淬火冷卻介質淬火后得到的組織較細密，晶粒度均為7～8級，而且殘留鐵素體的量很少或不存在。強度高的當然也和硬度高有關。其中，30CrMoV材料性能中的伸長率略低于標準值的主要原因是硬度過高引起的，可通過適當提高回火溫度解決。

（3）試驗證明F2000水基淬火冷卻介質代油最佳濃度為12%～15%，除各種性能指標提高外，同時可以有效控制零件淬火變形，避免淬火裂紋。

（4）F2000水基淬火冷卻介質代油可徹底清除油煙污染及火災危險，為熱處理企業的清潔生產打造最基本條件。

3. 經濟性分析

F2000水基淬火冷卻介質與礦物油淬火各項經濟指標對比見表3。

表3

4. F2000水基淬火冷卻介質使用中需注意的問題

（1）性能穩定性的控制 有效控制淬火冷卻介質三個基本工藝條件。與其他聚合物類淬火冷卻介質水溶液一樣，影響F2000水基淬火冷卻介質冷卻性能的主要因素有濃度、溫度、循環攪拌條件。淬火介質濃度越高，冷卻就越慢；淬火冷卻介質溫度越高，冷卻也就越緩和；循環攪拌越快，淬火冷卻介質的冷卻也會越快。因此，必須對以上三個工藝條件進行有效調控，以使淬火冷卻介質的冷卻性能最合適于零件淬火冷卻的要求。在實際生產使用中，F2000的常用濃度一般為12%～15%，溫度保持在30～50℃，攪拌要求為0.2～0.4m/s（中速攪拌，主要起到均勻液溫和均勻濃度的作用）。

（2）減少和防止淬火冷卻介質的污染 淬火冷卻介質在使用中不可避免會受到各種污染，主要有以下幾種：工件的氧化皮、灰塵等，它們不溶于水，因此不會對淬火冷卻介質的冷卻性能產生影響，但要定時清理淬火槽中的氧化皮，以防氧化皮過多，減少淬火冷卻介質的有效容量，影響淬火冷卻介質液溫的控制，使淬火冷卻介質的冷卻性能發生變化；另一種污染是礦物油（工件加工過程中表面殘留的），其在初期會浮在淬火冷卻介質表面，由于淬火冷卻介質頻繁受熱和經常攪拌循環，如果不及時清理浮油，它們就會逐漸與水溶液產生乳化作用，導致淬火冷卻介質易于細菌繁殖，產生異味，同時延長淬火冷卻介質的蒸汽膜階段，可能降低工件的淬火硬度或淬硬層深；當然更要防止人為誤加的各種溶于水的物質，因為這類物質更可能產生對冷卻性能的不利影響。