摘    要：本文通過對N32機(jī)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(jìn)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(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N32機(jī)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(guān)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?zé)彷p冷”——重視工件的加熱控制，輕視淬火冷卻技術(shù)的現(xiàn)象。各種可用的現(xiàn)代化技術(shù)不斷地應(yīng)用在工件的加熱上，但冷卻依然是在慣用的水和普通機(jī)油中進(jìn)行。用機(jī)油淬火，油質(zhì)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(chǎn)，且影響因素較多的前提下，就很難達(dá)到滿意的效果。雖然使用水溶性淬火液的效果也不錯(cuò)，但因管理環(huán)節(jié)較多，需要用一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，對不同材質(zhì)、不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)缺乏靈活性，難以應(yīng)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(jìn)行淬火冷卻，并與N32機(jī)油的冷卻特性進(jìn)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(yàn)條件及方法
    新舊比例不同的N32機(jī)油和今禹Y15-II快速光亮淬火油的冷卻特性試驗(yàn)是在油溫為50℃、體積為1200ml條件下，采用IS09950國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，同時(shí)用BLl2-220型步進(jìn)式加熱爐加熱，分別用N32機(jī)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(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；用HB-3000型布式硬度計(jì)檢查硬度。

3. 試驗(yàn)結(jié)果
3.1 新舊比例不同的N32機(jī)油的冷卻特性
    新舊比例不同的N32機(jī)油的冷卻特性如表1所列。由表1中數(shù)據(jù)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(zhuǎn)變(A→B)的機(jī)會減小。因此對60Si2Mn鋼的淬火，新油的綜合冷卻特性較好。

表1 N32機(jī)油的不同成分的新舊油的冷卻特性

3.2 Y15-II快速光亮淬火油與N32機(jī)油的冷卻特性對比
    實(shí)驗(yàn)獲得的兩種油的冷卻特性參數(shù)如表2所列。通過表2的對比，可以看到Y(jié)15-II快速光亮淬火油有較短的蒸汽膜階段，且出現(xiàn)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(shí)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(zhuǎn)變量，使馬氏體(M)轉(zhuǎn)變充分，得到足夠的淬透深度。

表2 Y15-II快速光亮淬火油與N32機(jī)油的冷卻特性對比
 

3.3 60Si2Mn與50CrVA彈簧鋼在兩種介質(zhì)中淬火冷卻試驗(yàn)結(jié)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(xué)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(jī)油兩種介質(zhì)中淬火冷卻的試驗(yàn)結(jié)果如表4所列。

表3 試樣的化學(xué)成分及熱處理工藝

    由表4可見，同種材料經(jīng)Y15-II快速光亮淬火油熱處理后，材料強(qiáng)度略高于N32機(jī)油，塑性指標(biāo)高于N32機(jī)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(jī)油淬火、回火組織為屈氏體+少量貝氏體：50CrVA彈簧鋼用N32機(jī)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(xì)小的回火屈氏體。顯然，Y15-II快速油的冷卻優(yōu)于N32機(jī)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(jī)油淬火的，前者的斷面收縮率高于后者，而前者的強(qiáng)度略高，這樣的力學(xué)性能對板簧而言更為理想。

3.4 生產(chǎn)現(xiàn)場的產(chǎn)品淬火硬度對比結(jié)果及分析
    在實(shí)際生產(chǎn)中，加熱溫度為860-890℃，加熱時(shí)間25-30分鐘，每隔半小時(shí)抽三片，用N32機(jī)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(zhì)不同淬火油的現(xiàn)場生產(chǎn)的60Si2Mn板簧的淬火硬度

    表5數(shù)據(jù)表明，在N32機(jī)油中12mm 60Si2Mn板簧的淬火硬度最高為485HB最低為321HB，硬度不均勻，只有少數(shù)值滿足要求。說明該油對有效厚度為12mm 60Si2Mn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(jīng)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(gè)截面上都能淬透，獲得良好的機(jī)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(dá)到所要求的組織和性能。而保證淬硬的關(guān)鍵是——淬火介質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)應(yīng)在鼻尖處達(dá)到最大冷卻速度而在300℃以下有適當(dāng)?shù)牡睦鋮s速度，以達(dá)到既能夠淬硬淬透又能減少變形的目的。
    觀察表1數(shù)據(jù)可知，N32機(jī)油(無論是新舊)，t650℃(為A→P冷卻到650~C的時(shí)間)都≥4.8秒，而60Si2Mn鋼“C”曲線上從到A→P轉(zhuǎn)變鼻尖的最短時(shí)間為4秒左右，結(jié)果使工件的淬火過程中發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變出現(xiàn)不應(yīng)有的貝氏體組織(B)，見圖1(c)。分析生產(chǎn)現(xiàn)場的硬度(表5)表明，用N32機(jī)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(yīng)于大批量的生產(chǎn)。N32機(jī)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(shù)據(jù)表明：Y15-II快速光亮淬火油的蒸汽膜階段較短，且出現(xiàn)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(shí)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(zhì)的低溫冷卻速度)，得到理想的組織。按金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分，60Si2Mn鋼用Y15-II淬火的試樣的組織級別要高于用N32機(jī)油的淬火的；50CrVA彈簧鋼經(jīng)兩種淬火介質(zhì)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(jī)油更為細(xì)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(shù)據(jù)可知，Y15-II油熱處理后，材料強(qiáng)度略高于N32機(jī)油，塑性指標(biāo)高于N32機(jī)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(jī)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(xué)性能。

5．結(jié)論
    1．在原有舊的N32機(jī)油里添加新油不能對冷卻特性產(chǎn)生較大的改善，N32機(jī)油不適合有效厚度大于12mm的批量生產(chǎn)。
    2．Y15-II快速光亮淬火油具有較好的冷卻特性，對60Si2Mn材料采用Y15-II快速光亮淬火油進(jìn)行熱處理后，材料拉伸后的塑性、金相組織級別均優(yōu)于N32機(jī)油。
    3．對于大截面(12mm左右)60Si2Mn板簧采用Y15-II快速光亮淬火油熱處理，能夠提高材料的綜合機(jī)械性能，更好的滿足產(chǎn)品的性能要求。