葉片鋼調(diào)質(zhì)采用水基淬火冷卻介質(zhì)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(jī)廠有限責(zé)任公司 （黑龍江 150046） 楊 鑫

1. 水基淬火冷卻介質(zhì)

水基淬火冷卻介質(zhì)代油進(jìn)入我國熱處理行業(yè)已二十多年。很多企業(yè)使用后認(rèn)為：工作環(huán)境清潔，不燃燒，無煙氣，無火災(zāi)危險(xiǎn)，通過有效地控制介質(zhì)濃度、溫度、攪拌循環(huán)等工藝條件，可滿足各種零件的淬火要求。經(jīng)過熱處理應(yīng)用和市場調(diào)研，德國德潤寶水基聚合物淬火冷卻介質(zhì)F2000代油方面得到了行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)的認(rèn)同。

（1）F2000水基淬火冷卻介質(zhì)冷卻曲線如附圖所示。303為15%的FEROQUENCH2000淬火介質(zhì)，307為12%的FEROQUENCH2000淬火介質(zhì)，308為32號(hào)機(jī)油。探棒符合ISO9950標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)與機(jī)油均為中速攪拌，自來水未攪拌（以下結(jié)果只供對照參考使用，不作為標(biāo)準(zhǔn)曲線）。

水基淬火冷卻介質(zhì)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(zhì)）。

（3）F2000水基淬火冷卻介質(zhì)使用濃度范圍 片鋼多為高合金結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼等材料，根據(jù)F2000冷卻曲線，冷卻能力應(yīng)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(zhì)使用濃度范圍為10%～15%。本次試驗(yàn)濃度選用8%、10%、12%、15%四檔。

（4）F2000水基淬火冷卻介質(zhì)使用溫度 與油淬相比，幾乎所有水基淬火冷卻介質(zhì)的冷卻特性都受介質(zhì)溫度的影響，因而必須將其溫度控制在較小的范圍內(nèi)，才能保證介質(zhì)始終具有穩(wěn)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(zhì)使用溫度一般控制在30～50℃，經(jīng)驗(yàn)證明瞬時(shí)溫度升高或降低10℃都不影響零件的淬火效果。為達(dá)到控制淬火冷卻介質(zhì)溫度的目的，應(yīng)具備淬火冷卻介質(zhì)加熱、冷卻、循環(huán)、攪拌的條件。

（5）F2000水基淬火冷卻介質(zhì)的化學(xué)組成和安全性 F2000水基淬火冷卻介質(zhì)結(jié)構(gòu)為聚酰胺類有機(jī)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(huán)境無危害。

2. 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本試驗(yàn)結(jié)合生產(chǎn)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(zhì)濃度配比。按現(xiàn)生產(chǎn)中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)（淬回火溫度），調(diào)質(zhì)處理后取樣進(jìn)行各種性能測試，與現(xiàn)行各種性能要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，結(jié)果見表1、表2。

（1）由表1可見，采用F2000水基淬火冷卻介

質(zhì)調(diào)質(zhì)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(zhì)淬火時(shí)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(dāng)于油淬的緩慢冷速，從而不會(huì)使淬火零件產(chǎn)生淬火裂紋。這一點(diǎn)也是水基淬火冷卻介質(zhì)代油得以應(yīng)用的前提條件。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 將試驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)除以標(biāo)準(zhǔn)值

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

（3）試驗(yàn)證明F2000水基淬火冷卻介質(zhì)代油最佳濃度為12%～15%，除各種性能指標(biāo)提高外，同時(shí)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(zhì)代油可徹底清除油煙污染及火災(zāi)危險(xiǎn)，為熱處理企業(yè)的清潔生產(chǎn)打造最基本條件。

3. 經(jīng)濟(jì)性分析

F2000水基淬火冷卻介質(zhì)與礦物油淬火各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表3。

表3

4. F2000水基淬火冷卻介質(zhì)使用中需注意的問題

（1）性能穩(wěn)定性的控制 有效控制淬火冷卻介質(zhì)三個(gè)基本工藝條件。與其他聚合物類淬火冷卻介質(zhì)水溶液一樣，影響F2000水基淬火冷卻介質(zhì)冷卻性能的主要因素有濃度、溫度、循環(huán)攪拌條件。淬火介質(zhì)濃度越高，冷卻就越慢；淬火冷卻介質(zhì)溫度越高，冷卻也就越緩和；循環(huán)攪拌越快，淬火冷卻介質(zhì)的冷卻也會(huì)越快。因此，必須對以上三個(gè)工藝條件進(jìn)行有效調(diào)控，以使淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能最合適于零件淬火冷卻的要求。在實(shí)際生產(chǎn)使用中，F(xiàn)2000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(zhì)的污染 淬火冷卻介質(zhì)在使用中不可避免會(huì)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(huì)對淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能產(chǎn)生影響，但要定時(shí)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(zhì)的有效容量，影響淬火冷卻介質(zhì)液溫的控制，使淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能發(fā)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(huì)浮在淬火冷卻介質(zhì)表面，由于淬火冷卻介質(zhì)頻繁受熱和經(jīng)常攪拌循環(huán)，如果不及時(shí)清理浮油，它們就會(huì)逐漸與水溶液產(chǎn)生乳化作用，導(dǎo)致淬火冷卻介質(zhì)易于細(xì)菌繁殖，產(chǎn)生異味，同時(shí)延長淬火冷卻介質(zhì)的蒸汽膜階段，可能降低工件的淬火硬度或淬硬層深；當(dāng)然更要防止人為誤加的各種溶于水的物質(zhì)，因?yàn)檫@類物質(zhì)更可能產(chǎn)生對冷卻性能的不利影響。