兩種淬火油對板簧熱處理質量影響的研究分析

兩種淬火油對板簧熱處理質量影響的研究分析摘要：本文通過對N32機油和今禹Y15—II快速光亮淬火油的冷卻特性的對比研究,以及對采用兩種油進行的60Ｓｉ2Ｍｎ和50CrVA鋼樣品淬火冷卻后的組織性能分析，研究了兩種油對板簧熱處理質量的影響.實驗結果表明,N３２機油的高溫冷卻速度不足是其不適于有效厚度大于12mm的60Si2Mn板簧淬火的原因.而今禹Ｙ1５—IＩ快速光亮淬火油的蒸汽膜階段短，高溫冷卻速度較快,有足夠的低溫冷卻速度,能夠滿足14mm以下厚度的6０Si２Mn和2０mm左右５0ＣｒＶA板簧淬火。關鍵詞：60Sｉ2Ｍｎ板簧冷卻特性有效厚度１。前言?

長期以來，熱處理行業(yè)中普遍存在著“重熱輕冷”——重視工件的加熱控制,輕視淬火冷卻技術的現象。各種可用的現代化技術不斷地應用在工件的加熱上,但冷卻依然是在慣用的水和普通機油中進行.用機油淬火，油質好并加上良好的擺動，才有可能使1２mm厚的60Si2Mｎ板簧淬透,但在大批量生產,且影響因素較多的前提下，就很難達到滿意的效果。雖然使用水溶性淬火液的效果也不錯，但因管理環(huán)節(jié)較多，需要用一個獨立的循環(huán)系統(tǒng),對不同材質、不同規(guī)格產品的生產缺乏靈活性,難以應對快速多變的市場需求。為了解決以上矛盾，挖掘傳統(tǒng)的60Si２Mn彈簧鋼的潛能。本文嘗試用新型的今禹Ｙ１5-II快速光亮淬火油對較厚的60Si2Mn板簧進行淬火冷卻，并與N３2機油的冷卻特性進行了對比.以探索適用于較厚截面的６０Ｓi2Mｎ板簧淬火的新型油品。2。試驗條件及方法?

新舊比例不同的N３２機油和今禹Y15-II快速光亮淬火油的冷卻特性試驗是在油溫為50℃、體積為12００ml條件下，采用IS０９９50國際標準進行實驗,用KHR－01型冷卻特性測試儀測定油的冷卻特性.?

兩種鋼的板簧和取材于規(guī)格為14×1０0的60Ｓｉ2Mn彈簧鋼及18×１00的５０CrVA彈簧鋼標準拉伸試樣,同時用BLl２—２20型步進式加熱爐加熱，分別用N3２機油和今禹Y15－II快速光亮淬火油淬火冷卻，油溫為２0—６0℃。用Ａxｉoｔecｈ金相顯微鏡檢查金相組織；用WＥ—30噸萬能材料試驗機進行拉伸試驗;用HB-30０0型布式硬度計檢查硬度。3.試驗結果

3.１新舊比例不同的Ｎ32機油的冷卻特性?

新舊比例不同的N32機油的冷卻特性如表1所列。由表１中數據可知,雖然,舊油的Tvｍaｘ明顯低于新油,但舊油的Ｖｍａｘ與新油接近。但是隨新油量的增加,提高了淬火油Ｖ300℃，使非馬氏體轉變（A→B)的機會減小。因此對６0Si2Mn鋼的淬火，新油的綜合冷卻特性較好。表１N3２機油的不同成分的新舊油的冷卻特性

冷卻速度

Vmaｘ（℃/ｓ）冷卻速度

V30０℃（℃／s）冷卻時間t６00(ｓ）冷卻時間t６0０(ｓ）最大冷速對應的溫度Tvｍａｘ（℃）舊油9056.04。855０1０%新油８516６.0４。95612０％新油７7167．５6.１56730%新油751７8。0６.９5５8４0％新油7３2１7．05.８5755０%新油９３19５．５４.８6１610０％新油91255．54。8６0５注：表1中t6５0℃為冷卻到65０℃(即60Si2Ｍｎ的Ａ→P的鼻尖溫度）的時間.3。2Y15—II快速光亮淬火油與N３2機油的冷卻特性對比

實驗獲得的兩種油的冷卻特性參數如表２所列。通過表２的對比，可以看到Y１５-ＩＩ快速光亮淬火油有較短的蒸汽膜階段，且出現最高冷卻速度的溫度較高，這樣避免了從過冷奧氏體中先析出先共析鐵索體的可能性；同時Y15-II快速光亮淬火油具有足夠高的低溫冷卻速度,減少獲得貝氏體(B)的轉變量,使馬氏體（M）轉變充分，得到足夠的淬透深度.表2Ｙ1５-ＩI快速光亮淬火油與N３２機油的冷卻特性對比項目N3２Y15—II４０℃運動粘度，ｍm2/s２８.8－３5.２不大于22閃點（開口），℃不低于１70１80特性溫度，℃６0０700最大冷速，℃/ｓ６１101最大冷速對應溫度，℃5３５60５冷到３０0℃的時間，2９．412.８

另外，粘度和閃點作為油品的驗收標準，Y１５—ＩＩ快速光亮淬火油只有粘度低,流動性好,使用中帶出消耗量少，閃點高于普通機油的特點。3．３６0Si２Mｎ與50CｒＶA彈簧鋼在兩種介質中淬火冷卻試驗結果的對比?

規(guī)格為14×１0０的60Sｉ2Nn與18×100的５0CrVＡ板簧鋼及試樣，在表3所列的化學成分及熱處理工藝條件下,分別在Y15－II快速光亮淬火油和Ｎ３2機油兩種介質中淬火冷卻的試驗結果如表４所列。表3試樣的化學成分及熱處理工藝彈簧鋼的規(guī)格化學成分（ｗt％）熱處理工藝ＣSｉMnCrＶS淬火（℃）回火（℃)14×１００(6０Ｓi２Mn)0。５７1．５0．７６

0．00９８60—890４8０－500１8×1０0(50ＣrVA）0.530。33０.７４0.９8０.１８０．０0８8４0±1040０-4１0表4兩種彈簧鋼經不同淬火介質淬火后的拉伸試驗結果鋼種６0Ｓi2Ｍn50CrVＡ淬火介質N３２Y15－IＩＮ32Y１５-IＩ試樣編號１2341234屈服強度N／mｍ2140１1３３７1４011４01１74517４５1745１７45抗拉強度Ｎ／ｍm21420１401141４1414１7５21７52１７５２175２伸長率％6５77。58108１０收縮率%２42９３1３1261936２1

由表4可見,同種材料經Ｙ1５－IＩ快速光亮淬火油熱處理后，材料強度略高于Ｎ３2機油，塑性指標高于Ｎ３2機油淬火。

熱處理前后l＃、4#樣品的金相組織如圖1所示。由圖1可見，６0Sｉ2Ｍn鋼的原材料組織為珠光體+鐵素體：5０CｒVA彈簧鋼的原材料組織為珠光體+少量鐵素體；6０Sｉ2Mn鋼用N３2機油淬火、回火組織為屈氏體＋少量貝氏體：50CｒVＡ彈簧鋼用Ｎ3２機油淬火、回火組織為回火屈氏體；６0Ｓi２Mn鋼用Y1５-IＩ快速油淬火、回火組織為回火屈氏體；５０ＣrVＡ彈簧鋼用Y15-ＩI快速油淬火、回火組織為均勻細小的回火屈氏體.顯然,Y1５－II快速油的冷卻優(yōu)于N３2機油。

不同試樣的拉伸斷口如圖2所示，對照圖中的斷口形貌可以看出，用Yl5—IＩ快速油淬火的試樣的放射區(qū)面積小于用Ｎ32機油淬火的,前者的斷面收縮率高于后者，而前者的強度略高，這樣的力學性能對板簧而言更為理想。

3。４生產現場的產品淬火硬度對比結果及分析

在實際生產中,加熱溫度為860-890℃，加熱時間２5—30分鐘，每隔半小時抽三片，用N３２機油對12×10０的６0Sｉ2Ｍn板簧以及用Ｙl5—ＩI快速光亮淬火油對1４×76的60Ｓi2Ｍn板簧淬火,兩種油溫都為２０－6０℃，淬火后的硬度值見表5。表5同材質不同淬火油的現場生產的6０Ｓi2Ｍｎ板簧的淬火硬度產品規(guī)格分組抽樣測得的硬度值（ＨB)IIIIII最低最高平均１2×10０４1５3８８477４８5335415３５2４15３2132１4８５４03１4×７６４7550８51０55０4８552２５10４63５20４６3５５05０5

表5數據表明，在Ｎ３2機油中1２ｍｍ６０Si２Ｍn板簧的淬火硬度最高為48５HB最低為3２１ＨB,硬度不均勻,只有少數值滿足要求.說明該油對有效厚度為1２ｍm６0Si２Ｍn板簧的高溫冷卻速度和最大冷卻速度都不夠.而在今禹Y１5-II快速光亮淬火油中,14mｍ的６0Ｓi2Mn板簧的淬火硬度最高為550HＢ,最低為463ＨB,平均為50５HＢ，硬度較為均勻,其冷卻性能能滿足14mｍ厚的6０Si2Mｎ板簧淬火要求。?

經過一年的使用和探索，今禹Y1５-II快速光亮淬火油能滿足14mm以下厚度的6０Si２Mｎ板簧淬火，并在厚度為20mｍ左右5０ＣrVA板簧淬火處理上，在整個截面上都能淬透，獲得良好的機械性能，并保持了工件具有較好的光亮度.4。討論?

彈簧淬火的目的是把奧氏體化的鋼材，以合理的冷卻方式淬火形成馬氏體，然后回火達到所要求的組織和性能。而保證淬硬的關鍵是——淬火介質在彈簧鋼C曲線的鼻尖處的冷速要足夠地大,以使過冷奧氏體不致形成珠光體或貝氏體組織,由6０Si2Ｍｎ鋼和5０ＣｒVＡ鋼的過冷奧氏體轉變曲線和端淬曲線可知，其馬氏體形成溫度在3０0℃左右，因此合適的冷卻介質應在鼻尖處達到最大冷卻速度而在３０0℃以下有適當的的冷卻速度，以達到既能夠淬硬淬透又能減少變形的目的。

觀察表1數據可知，Ｎ３2機油（無論是新舊）,t6５0℃(為Ａ→P冷卻到6５0～Ｃ的時間)都≥4．8秒，而60Sｉ2Mn鋼“C”曲線上從到A→P轉變鼻尖的最短時間為4秒左右，結果使工件的淬火過程中發(fā)生中溫轉變出現不應有的貝氏體組織(B），見圖１（c）.分析生產現場的硬度（表5）表明,用N3２機油淬火硬度不均勻且偏低,這是由于其Ｔｖmaｘ低于60Si２Mn鋼“C”曲線的鼻子尖溫度以及Vｍax（見表2）偏慢的緣故，這對于有效厚度大于12mｍ的６０Ｓi２Mn鋼板簧來說顯然不適應于大批量的生產。Ｎ32機油對５0CｒＶA鋼的淬火是合適的，但效果要差于用Y1５—ＩI快速光亮淬火油淬火見圖1（d)。?

表2中的數據表明:Y1５－IＩ快速光亮淬火油的蒸汽膜階段較短,且出現最高冷卻速度的溫度較高。這樣避免了過冷奧氏體先析出先共析鐵素體和貝氏體,同時具有足夠高的低溫冷卻速度（通常用3００℃的冷卻速度代表淬火介質的低溫冷卻速度）,得到理想的組織。按金相檢驗標準區(qū)分,60Si2Mn鋼用Ｙ15－ＩＩ淬火的試樣的組織級別要高于用N3２機油的淬火的；50CrVA彈簧鋼經兩種淬火介質熱處理后，從組織形態(tài)上Y15－ＩI快速光亮淬火油具有較N3２機油更為細小均勻的回火屈氏體組織,見圖1(e）、(f）。雖然從圖21的斷口形貌照片上看不出太大的區(qū)別，但對比拉伸數據可知，Ｙ1５－IＩ油熱處理后，材料強度略高于Ｎ32機油，塑性指標高于Ｎ32機油淬火,這主要是由于Y15—ＩI油的特性溫度和最大冷速都優(yōu)于N32機油的緣故。?

因此,Y15-ＩI快速光亮淬火油的使用，一方面保證了14×1０0的60Ｓi2Mn（1８×100的50CｒVA）板簧在全部截面上淬透;另一方面也保證了熱處理后的力學性能。５