刘少俊

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400039)

多年来，我国在淬火介质的研究和应用方面，做了大量的工作，取得了较好的成绩，基本上满足了一些热处理生产的需要，但与国外的先进水平相比还有一定的差距。一直以来，在热处理行业对加热技术比较重视，技术水平提高的较快。但对热处理的冷却技术不够重视，直接影响了热处理质量。为了缩短我国淬火介质与国外的差距，并能与热处理的其他领域同步发展，满足热处理技术进步和对热处理工件质量的更高要求，我们必须重视并大力加强淬火介质的研究和推广应用工作。

工件淬火希望的理想效果是获得高而且均匀的表面硬度和足够的淬硬深度，避免淬火裂纹和尽量减少淬火变形，因此理想的淬火介质应当是，当淬火工件侵入淬火介质中，为了获得马氏体组织，在过冷奥氏体稳定性的温度范围，即在C曲线的鼻温附近，冷却速度应大于临界冷却速度，使工件快速通过珠光体和贝氏体转变区，使淬火后的工件获得马氏体组织，得到足够的硬度；而在Ms点稍低的温度，希望工件的冷却速度尽量缓慢，以减少由于工件内外温度差而引起的热应力和组织应力，从而可以有效地防止工件的变形和开裂，也就是说在高温阶段快冷，低温阶段要慢冷的理想冷却状态[1]。

水作为淬火冷却介质，主要缺点是冷却速度太快，使工件在淬火过程中易开裂变形。目前热处理行业仍有部分企业用矿物油作为冷却介质，据统计[2]热处理用油约占金属加工用油的5%～10%，有相当部分排放到自然环境中，造成污染。根据对冷却介质的冷却能力的评价[3]，一种能实现单液淬火，消灭常规热处理火灾危险和烟气污染的水溶性淬火介质PAG，是较理想的淬火介质，它能解决油淬火淬硬层深度及淬透性不足的问题，水淬-油冷工艺不稳定性，水淬易开裂等缺点，能够获得很好的力学性能[4]。本文围绕42CrMo钢在常规冷却规范的热处理过程中遇到的问题，进行了N32+N15混合机油、快速淬火油和水溶性淬火介质的工艺试验。通过试验表明，用水溶性淬火介质即可解决工件淬火硬度和强度低，硬度不均，淬火软点、变形、开裂等问题[5]，同时解决环保问题。

1 试验材料

尺寸为φ172 mm×60 mm(壁厚)×300 mm(长)试样的化学成分见表1。试验工艺流程为：锻造→正火→粗车→调质(三种冷却介质工艺试验)→取样精车成标样→机械性能试验。

表1 42CrMo钢化学成分(质量分数，%)

2 试验方法与结果

试样热处理的正火工艺为880 ℃×2 h ，空冷。淬火设备采用台车式加热炉，淬火冷却介质选择了3种：N32+N15混合机械油、快速淬火油和12%PAG水溶性淬火介质[6]。淬火冷却槽均有相同的加热冷却搅拌系统。

2.1热处理工艺1

三种不同淬火冷却介质下的热处理工艺分别为：

1) 工艺1-1：860 ℃保温2 h，N32+N15混合机油介质淬火、介质温度50 ℃，580 ℃回火3 h，空冷。淬火和回火时，产生较多的油烟。

2)工艺1-2：860 ℃保温2 h，快速淬火油介质淬火、油温温度35 ℃，580 ℃回火3 h，空冷。热处理过程中有油烟产生。

3)工艺1-3：860 ℃保温2 h，PAG冷却介质淬火，介质温度30 ℃，580 ℃回火3 h，空冷。整个热处理过程中，没有任何异味，没有产生任何污染气体。

经以上三种热处理工艺处理后，对试件进行了取样，每件取3个试样，取样部位：试件壁厚的中心部位，长度方向的中间处。将试样加工成标准的拉伸试样，进行机械性能试验，其结果见表2。

2.2热处理工艺2

回火工艺均采用610 ℃×1 h，空冷，其他与热处理工艺1相同。试验的结果见表3。

表2 试样在不同淬火冷却介质中调质处理后的机械性能(回火工艺580 ℃×3 h)

表3 试样在不同淬火冷却介质调质处理后的机械性能(回火工艺610 ℃×1 h)

注：表2和表3中的数据为三个试样的平均值。

3 结论

从表2和表3中看出，N32+N15混合机油冷却介质的冷却能力较低，其他加热条件相同的情况下，综合力学性能较快速淬火油和PAG淬火介质低，且在淬火时对周围环境的污染大，淬火时易引起火灾，需配备通风和防火设备。

PAG水溶性淬火介质，由于在高温阶段冷却速度接近于水，在低温阶段冷却速度接近于油[4]，是比较理想的淬火介质，其优点是无毒、无烟、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠，且冷却性能好，冷却速度可调(通过调整溶液浓度)。通过两组试验可以看出，其机械性能优于其他两种淬火介质，能够提高工件的质量，同时也可以改善工作环境和劳动条件，给工厂带来节能、环保和经济效益。