两种淬火油对板簧热处理质量影响的研究分析.docx

1、两种淬火油对板簧热处理质量影响的研究分析两种淬火油对板簧热处理质量影响的研究分析摘要：本文通过对N32机油和今禹Y15-II快速光亮淬火油的冷却特性的对比研究，以及对采用两种油进行的60Si2Mn和50CrVA钢样品淬火冷却后的组织性能分析，研究了两种油对板簧热处理质量的影响。实验结果表明，N32机油的高温冷却速度不足是其不适于有效厚度大于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阶段短，高温冷却速度较快，有足够的低温冷却速度，能够满足14mm以下厚度的60Si2Mn和 20mm左右50CrVA板簧淬火。关键词：60Si2Mn板簧冷却特性 有效厚度1前言

2、长期以来，热处理行业中普遍存在着“重热轻冷”重视工件的加热控制，轻视淬火冷却技术的现象。各种可用的现代化技术不断地应用在工件的加热上，但冷却依然是在惯用的水和普通机油中进行。用机油淬火，油质好并加上良好的摆动，才有可能使12mm厚的60Si2Mn板簧淬透，但在大批量生产，且影响因素较多的前提下，就很难达到满意的效果。虽然使用水溶性淬火液的效果也不错，但因管理环节较多，需要用一个独立的循环系统，对不同材质、不同规格产品的生产缺乏灵活性，难以应对快速多变的市场需求。为了解决以上矛盾，挖掘传统的60Si2Mn弹簧钢的潜能。本文尝试用新型的今禹Y15-II快速光亮淬火油对较厚的60Si2Mn板簧进行淬

3、火冷却，并与N32机油的冷却特性进行了对比。以探索适用于较厚截面的60Si2Mn板簧淬火的新型油品。2试验条件及方法 新旧比例不同的N32机油和今禹Y15-II快速光亮淬火油的冷却特性试验是在油温为50、体积为1200ml条件下，采用IS09950国际标准进行实验，用KHR-01型冷却特性测试仪测定油的冷却特性。 两种钢的板簧和取材于规格为14100的60Si2Mn弹簧钢及18100的50CrVA弹簧钢标准拉伸试样，同时用BLl2-220型步进式加热炉加热，分别用N32机油和今禹Y15-II快速光亮淬火油淬火冷却，油温为20-60。用Axiotech金相显微镜检查金相组织；用WE-30吨万能材

4、料试验机进行拉伸试验；用HB-3000型布式硬度计检查硬度。3. 试验结果3.1 新旧比例不同的N32机油的冷却特性 新旧比例不同的N32机油的冷却特性如表1所列。由表1中数据可知，虽然，旧油的Tvmax明显低于新油，但旧油的Vmax与新油接近。但是随新油量的增加，提高了淬火油V300，使非马氏体转变(AB)的机会减小。因此对60Si2Mn钢的淬火，新油的综合冷却特性较好。表1 N32机油的不同成分的新旧油的冷却特性冷却速度Vmax(/s)冷却速度V300(/s)冷却时间t600(s)冷却时间t600(s)最大冷速对应的温度Tvmax()旧油9056.04.855010%新油85166.04.

5、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为冷却到650（即60Si2Mn的AP的鼻尖温度）的时间。 3.2 Y15-II快速光亮淬火油与N32机油的冷却特性对比 实验获得的两种油的冷却特性参数如表2所列。通过表2的对比，可以看到Y15-II快速光亮淬火油有较短的蒸汽膜阶段，且出现最高冷却速度的温度较高，这样避免了从过冷奥氏体中先析出先共析铁索体的可能性；同时Y15-II快速光亮淬火油具有足够高的低温冷却速度，减少获得贝氏体(B)

6、的转变量，使马氏体 (M)转变充分，得到足够的淬透深度。表2 Y15-II快速光亮淬火油与N32机油的冷却特性对比项 目N32Y15-II40 运动粘度， mm2/s 28.8-35.2不大于22闪点（开口）， 不低于 170180特性温度， 600700最大冷速， /s61101最大冷速对应温度， 535605冷到300 的时间， 29.412.8 另外，粘度和闪点作为油品的验收标准，Y15-II快速光亮淬火油只有粘度低，流动性好，使用中带出消耗量少，闪点高于普通机油的特点。3.3 60Si2Mn与50CrVA弹簧钢在两种介质中淬火冷却试验结果的对比 规格为14100的60Si2Nn与181

7、00的50CrVA板簧钢及试样，在表3所列的化学成分及热处理工艺条件下，分别在Y15-II快速光亮淬火油和N32机油两种介质中淬火冷却的试验结果如表4所列。表3 试样的化学成分及热处理工艺弹簧钢的规格化学成分（wt%)热处理工艺CSiMnCrVS淬火（）回火（）14100（60Si2Mn）0.571.50.760.009860-890480-50018100（50CrVA）0.530.330.740.980.180.00884010400-410表4 两种弹簧钢经不同淬火介质淬火后的拉伸试验结果钢种60Si2Mn50CrVA淬火介质N32Y15-IIN32Y15-II试样编号12341234屈

8、服强度 N/mm2 14011337140114011745174517451745抗拉强度 N/mm214201401141414141752175217521752伸长率 % 6577.5810810收缩率 % 2429313126193621 由表4可见，同种材料经Y15-II快速光亮淬火油热处理后，材料强度略高于N32机油，塑性指标高于N32机油淬火。 热处理前后l#、4#样品的金相组织如图1所示。由图1可见，60Si2Mn钢的原材料组织为珠光体+铁素体：50CrVA弹簧钢的原材料组织为珠光体+ 少量铁素体；60Si2Mn钢用N32机油淬火、回火组织为屈氏体+少量贝氏体：50CrVA弹

9、簧钢用N32机油淬火、回火组织为回火屈氏体； 60Si2Mn钢用Y15-II快速油淬火、回火组织为回火屈氏体；50CrVA弹簧钢用Y15-II快速油淬火、回火组织为均匀细小的回火屈氏体。显然，Y15-II快速油的冷却优于N32机油。 不同试样的拉伸断口如图2所示，对照图中的断口形貌可以看出，用Yl5-II快速油淬火的试样的放射区面积小于用N32机油淬火的，前者的断面收缩率高于后者，而前者的强度略高，这样的力学性能对板簧而言更为理想。3.4 生产现场的产品淬火硬度对比结果及分析 在实际生产中，加热温度为860-890，加热时间25-30分钟，每隔半小时抽三片，用N32机油对12100的60Si2

10、Mn板簧以及用Yl5- II快速光亮淬火油对1476的60Si2Mn板簧淬火，两种油温都为20-60，淬火后的硬度值见表5。表5 同材质不同淬火油的现场生产的60Si2Mn板簧的淬火硬度产品规格分组抽样测得的硬度值(HB)IIIIII最低最高平均121004153884774853354153524153213214854031476475508510550485522510463520463550505 表5数据表明，在N32机油中12mm 60Si2Mn板簧的淬火硬度最高为485HB最低为321HB，硬度不均匀，只有少数值满足要求。说明该油对有效厚度为12mm 60Si2Mn板簧的高温冷却

11、速度和最大冷却速度都不够。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为 550HB，最低为463HB，平均为505HB，硬度较为均匀，其冷却性能能满足14mm厚的60Si2Mn板簧淬火要求。 经过一年的使用和探索，今禹Y15-II快速光亮淬火油能满足14mm以下厚度的60Si2Mn板簧淬火，并在厚度为20mm左右50CrVA板簧淬火处理上，在整个截面上都能淬透，获得良好的机械性能，并保持了工件具有较好的光亮度。4讨论 弹簧淬火的目的是把奥氏体化的钢材，以合理的冷却方式淬火形成马氏体，然后回火达到所要求的组织和性能。而保证淬硬的关键是淬火介质在弹簧钢C曲线的

12、鼻尖处的冷速要足够地大，以使过冷奥氏体不致形成珠光体或贝氏体组织，由60Si2Mn钢和50CrVA钢的过冷奥氏体转变曲线和端淬曲线可知，其马氏体形成温度在300左右，因此合适的冷却介质应在鼻尖处达到最大冷却速度而在300以下有适当的的冷却速度，以达到既能够淬硬淬透又能减少变形的目的。 观察表1数据可知，N32机油(无论是新旧)，t650(为AP冷却到650C的时间)都4.8秒，而60Si2Mn钢“C”曲线上从到AP转变鼻尖的最短时间为4秒左右，结果使工件的淬火过程中发生中温转变出现不应有的贝氏体组织(B)，见图1(c)。分析生产现场的硬度(表5)表明，用 N32机油淬火硬度不均匀且偏低，这是由

13、于其Tvmax低于60Si2Mn钢“C”曲线的鼻子尖温度以及Vmax(见表2)偏慢的缘故，这对于有效厚度大于12mm的60Si2Mn钢板簧来说显然不适应于大批量的生产。N32机油对50CrVA钢的淬火是合适的，但效果要差于用Y15-II快速光亮淬火油淬火见图1(d)。 表2中的数据表明：Y15-II快速光亮淬火油的蒸汽膜阶段较短，且出现最高冷却速度的温度较高。这样避免了过冷奥氏体先析出先共析铁素体和贝氏体，同时具有足够高的低温冷却速度(通常用300的冷却速度代表淬火介质的低温冷却速度)，得到理想的组织。按金相检验标准区分，60Si2Mn钢用Y15- II淬火的试样的组织级别要高于用N32机油的

14、淬火的；50CrVA弹簧钢经两种淬火介质热处理后，从组织形态上Y15-II快速光亮淬火油具有较N32 机油更为细小均匀的回火屈氏体组织，见图1(e)、(f)。虽然从图21的断口形貌照片上看不出太大的区别，但对比拉伸数据可知，Y15-II油热处理后，材料强度略高于N32机油，塑性指标高于N32机油淬火，这主要是由于Y15-II油的特性温度和最大冷速都优于N32机油的缘故。 因此，Y15-II快速光亮淬火油的使用，一方面保证了14100的60Si2Mn(18100的50CrVA)板簧在全部截面上淬透；另一方面也保证了热处理后的力学性能。 5结论 1在原有旧的N32机油里添加新油不能对冷却特性产生较大的改善，N32机油不适合有效厚度大于12mm的批量生产。 2Y15-II快速光亮淬火油具有较好的冷却特性，对60Si2Mn材料采用Y15-II快速光亮淬火油进行热处理后，材料拉伸后的塑性、金相组织级别均优于N32机油。 3对于大截面(12mm左右)60Si2Mn板簧采用Y15-II快速光亮淬火油热处理，能够提高材料的综合机械性能，更好的满足产品的性能要求