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ﻫ

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ﻫ

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.ﻫ

两种钢的板簧和取材于规格为14×1０0的60Ｓｉ2Mn弹簧钢及18×１00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ﻫ

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（A→B)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１N3２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。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Ａ→P的鼻尖温度）的时间.3。2Y15—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)的转变量,使马氏体（M）转变充分，得到足够的淬透深度.表2Ｙ1５-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/s２８.8－３5.２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。3．３６0Si２Mｎ与50CｒＶA弹簧钢在两种介质中淬火冷却试验结果的对比ﻫ

规格为14×１0０的60Sｉ2Nn与18×100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（℃)14×１００(6０Ｓi２Mn)0。５７1．５0．７６

0．00９８60—890４8０－500１8×1０0(50ＣrVA）0.530。33０.７４0.９8０.１８０．０0８8４0±1040０-4１0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屈服强度N／mｍ2140１1３３７1４011４01１74517４５1745１７45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12×10０的６0Sｉ2Ｍn板簧以及用Ｙl5—ＩI快速光亮淬火油对1４×76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１2×10０４1５3８８477４８5335415３５2４15３2132１4８５４03１4×７６４7550８51０55０4８552２５10４63５20４６3５５05０5

表5数据表明，在Ｎ３2机油中1２ｍｍ６０Si２Ｍn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1２ｍm６0Si２Ｍn板簧的高温冷却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。ﻫ

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ﻫ

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Ａ→P冷却到6５0～Ｃ的时间)都≥4．8秒，而60Sｉ2Mn钢“C”曲线上从到A→P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)。ﻫ

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。ﻫ

因此,Y15-ＩI快速光亮淬火油的使用，一方面保证了14×1０0的60Ｓi2Mn（1８×100的50CｒVA）板簧在全部截面上淬透;另一方面也保证了热处理后的力学性能。５