新型淬火介质在合金钢中的应用

　　淬火介质是影响淬火工艺及零件质量的关键因素之一，正确选择和合理使用淬火介质，可以减小工件畸变，防止开裂，保证达到所要求的组织和性能[1-2]。PAG水溶性淬火剂自1965年获得专利以来，在国外工业界已有四十多年的使用经验，上世纪90 年代初此类产品才开始在我国逐步推广应用，在解决工件热处理淬火软点、变形、裂纹以及保证和提高力学性能及环保等方面发挥了巨大作用[3]。PAG类淬火剂在紧固件行业中的中碳结构钢、低碳合金钢中已经广泛应用，并且显著提高了其机械性能[4]。

　　随着设备的大型化和尖端化发展，对金属材料的热处理性能要求越来越高，采用传统的热处理冷却工艺已经不能满足设计要求。本项目主要针对我公司常用 38CrMoAl、42CrNiMo6 等中高合金材料的大型锻件采用传统工艺时，力学性能特别是冲击韧性达不到设计要求的问题。通过试验研究，选用 PAG 类新型淬火介质代替双液淬火和普通油淬，制定合理的热处理工艺参数，确保这些材料在淬火后达到设计图样的要求。淬透性得到提高，特别是冲击轫性得到显著提高，为军工产品的高技术要求提供技术储备; 同时在应用中可以减少油的大量消耗，减少二氧化硫、二氧化碳的排放。

　　1 试验材料及方法

　　1.1 试验材料

　　选用尺寸为Φ180mm×200mm的38CrMoAl和42CrNiMo6合金钢作为试验材料，材料的化学成分见表1。

　　淬火介质为大连三达奥克公司生产的ZH001环保型聚氧化烷撑聚合物添加各种添加剂而成的PAG类水溶性淬火剂，具体特性见表2。

　　1.2 试验方法

　　对38CrMoAl、42CrNiMo6材料进行试验，具体试验工艺方法见表3。同时将42CrNiMo6合金钢在860℃下保温2h后，用5%PAG类水溶性淬火介质和普通油分别进行淬火处理，比较淬透性。

　　2 试验结果

　　2.1 力学性能

　　38CrMoAl、42CrNiMo6合金钢经不同试验工艺后的力学性能见表4。38CrMoAl 合金钢采用不同的淬火介质处理后的强度、冲击韧性变化曲线分别如图1、图2所示。

　　2.2 淬透性

　　42CrNiMo6合金钢在860℃下保温2h后，用5% PAG类水溶性淬火介质和普通油分别进行淬火处理，硬度变化曲线如图3所示。

　　2.3 金相组织

　　38CrMoAl、42CrNiMo6合金钢经不同试验工艺后的金相组织如图4所示。

　　3 分析与讨论

　　对合金钢而言一般选择油淬火，油淬火虽然对减小工件变形或开裂很有利，但对淬透性较差或尺寸较大的工件淬不硬，且油易老化，对周围环境的污染大，有发生火灾的危险[5]。中高合金钢经过不同的冷却介质淬火，材料的力学性能和金相组织也有所不同。本文将合金钢在普通淬火油、5%浓度 PAG类淬火介质( 质量分数) 和8%浓度PAG类淬火介质中进行冷却淬火。试验结果表明，采用5%浓度PAG类淬火介质和 8%浓度PAG类淬火介质处理的试验材料力学性能明显高于采用传统的冷却方法(普通淬火油)处理的材料力学性能。