為提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能及壽命，充分發(fā)揮金屬材料的潛在性能，人們常常對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行熱處理，而淬火又是熱處理最基本的工藝之一；因此，淬火質(zhì)量就成為保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，而保證淬火質(zhì)量的關(guān)鍵又取決于淬火介質(zhì)(冷卻速度)。

傳統(tǒng)熱處理通常采用的淬火介質(zhì)為水和油，油淬主要用于淬裂傾向較大的工具鋼、高合金鋼及中低合金結(jié)構(gòu)鋼等，由于油的冷卻速度較慢，經(jīng)常出現(xiàn)淬火硬度不足或淬硬層深度達(dá)不到預(yù)定要求等現(xiàn)象。水的冷卻速度較快，又常常容易造成淬火畸變扭曲，甚至造成開裂使工件報(bào)廢，同時(shí)，由于淬火過程中汽化而產(chǎn)生的氣泡，至使工件表面冷卻不均而出現(xiàn)軟點(diǎn)。油淬是熱處理工藝造成環(huán)境污染的重要因素之一，治理傳統(tǒng)熱處理污染是擺在熱處理工作者面前的一項(xiàng)重要課題，因此，對(duì)其系統(tǒng)而全面地認(rèn)識(shí)、研究并采取有效措施進(jìn)行遏制，對(duì)提高現(xiàn)代熱處理工藝水平，改善操作者工作環(huán)境，防止污染，節(jié)能增效具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的重要意義；水溶性淬火介質(zhì)冷卻速度介于油和鹽水之間，它克服了水和油的上述弊端，同時(shí)它的最大優(yōu)點(diǎn)是無毒、無有害氣體、無火災(zāi)危險(xiǎn)、不污染環(huán)境、成本低廉等，因此推廣應(yīng)用新型的水溶性淬火介質(zhì)就顯得尤為重要，它不僅解決了上述諸多問題，而且介質(zhì)和水無限互溶，通過調(diào)整濃度可以獲得任一介于鹽水和油之間的冷卻速度，因此，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低工藝成本和安全高效、環(huán)保節(jié)能等諸方面都有明顯效果。

1 試驗(yàn)研究

1.1 淬火介質(zhì)

通過對(duì)多種水溶性淬火介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，找出其各自的優(yōu)點(diǎn)與特性，最后選定JEF型淬火介質(zhì)；它的節(jié)能效果，淬硬性及應(yīng)用材料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)尤為突出。

1.2 熱處理工藝

淬火加熱溫度按傳統(tǒng)加熱溫度計(jì)算再降低30℃—50℃，保溫時(shí)間各種材料不變。

1.3 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料規(guī)格、牌號(hào)及化學(xué)成分如表1所示；

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備采用RX-45及RX-5中溫箱式電爐，鋼制淬火槽，淬火槽規(guī)格為600mm×300mm×300mm；

1.5 淬火介質(zhì)數(shù)量

初次試驗(yàn)淬火介質(zhì)重量為24 kg。

1.6 介質(zhì)配比與濃度測定

淬火介質(zhì)與水的配比為3：7，即：3份水溶性淬火介質(zhì)原液加7份水。對(duì)介質(zhì)濃度的檢測用婆梅比重計(jì)放在淬火液槽中可直接獲得讀數(shù)。婆梅密度為7.5，如不在此范圍可加原液或水進(jìn)行調(diào)整。

1.7 試驗(yàn)過程

(a) 將Φ10mm×180mm的65Mn棒料裝入Rx-5-9型箱式電阻爐加熱至810℃保溫后，用鉗子將試件取出，迅速放入已配制好的淬火介質(zhì)中冷卻，待工件與介質(zhì)溫度基本一致時(shí)取出，進(jìn)行觀察、測試；

(b) 將Φ20mm×100mm的T8棒料裝入Rx-5-9型箱式電阻爐加熱至790℃保溫后，按(a)的操作步驟進(jìn)行淬火與測試；

(c) 將80mm×40mm×16mm與Φ18mm×170mm的45鋼試件分次裝入RX-5-9型箱式電阻爐加熱至810℃保溫后，按(a)的操作步驟進(jìn)行淬火與測試；

(d) 將Φ10mm×100mm 65Mn的工件(摟齒)裝入RX-45-9型箱式電阻爐加熱至810℃保溫后，用鉗子將工件取出，迅速放入淬火介質(zhì)中冷卻，待工件與介質(zhì)溫度基本一致時(shí)取出，進(jìn)行觀察、測試。

1.8 檢測結(jié)果與分析

采用HR-150型洛式硬度計(jì)，分別對(duì)淬火試件進(jìn)行洛氏硬度(HRC)檢測。試驗(yàn)的材料、熱處理工藝及結(jié)果見表2；

從表2、表3及實(shí)驗(yàn)過程可以看出：

(1)淬火溫度降低30℃-50℃仍有高的硬度；

(2)同一型號(hào)濃度的淬火介質(zhì)，它適用材料的品種多，按傳統(tǒng)(常規(guī))熱處理工藝，中碳鋼(45鋼)與高碳鋼(T8)及合金結(jié)構(gòu)鋼(65Mn)是不能用同一種介質(zhì)淬火的，而JEF型淬火介質(zhì)就實(shí)現(xiàn)了這一目的；象T8鋼特別是在截面積稍大一些的零部件用油淬硬度不足，水淬易裂，所以一般采用水淬油冷的方式，但操作者不易掌握，經(jīng)常出現(xiàn)淬火后開裂或硬度達(dá)不到要求等現(xiàn)象。

依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，針對(duì)方捆機(jī)的部分胎模、沖模材料為T8的進(jìn)行了傳統(tǒng)(常規(guī))熱處理和用JEF型水溶性淬火冷卻介質(zhì)進(jìn)行淬火試驗(yàn)比較，結(jié)果按傳統(tǒng)(常規(guī))熱處理5件沖模，其中2件不合格，即使合格者在生產(chǎn)使用過程中也出現(xiàn)開裂報(bào)廢，存在質(zhì)量安全隱患，改用JEF型水溶性淬火冷卻介質(zhì)進(jìn)行淬火的沖模，淬火硬度高達(dá)64HRC仍未出現(xiàn)異常，上述幾種材料按傳統(tǒng)(常規(guī))熱處理工藝淬火，其結(jié)果見表3。

回火后投入生產(chǎn)效果良好，目前仍在生產(chǎn)作業(yè)中正常安全的服役。

2 工裝改造

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)條件的狀況，仍然采用原有傳統(tǒng)熱處理工藝流程，為節(jié)省開支利用原有的淬火槽與儲(chǔ)油箱，因JEF型淬火介質(zhì)不能混入油類等物質(zhì)，故改造原有的油箱與淬火槽及循環(huán)系統(tǒng)。因介質(zhì)使用溫度所限制，再加上淬火槽與儲(chǔ)油箱是原有的較小，故增設(shè)了冷卻塔一座，考慮直接冷卻介質(zhì)時(shí)有飛濺與散熱揮發(fā)會(huì)造成不應(yīng)有的損失，又增設(shè)了一套換熱器與清水箱，把換熱器放在儲(chǔ)存箱中，用清水箱的冷水通過換熱器輸送至冷卻塔，使淬火液達(dá)到降溫之目的。

3 水溶性淬火介質(zhì)的應(yīng)用

3.1 摟齒熱處理

把JEF型淬火介質(zhì)母液900kg注入淬火槽中，然后加水2100kg稀釋，即為3:7的比例，實(shí)測婆梅密度為8.0稍高于7.5的規(guī)定。

摟齒由材質(zhì)為65Mn制造，原摟齒用油淬火加熱溫度為870℃，改用水溶性淬火介質(zhì)后的加熱溫度降低至820℃，而淬火后硬度為60HRC比油淬提高了10HRC，硬度均勻，優(yōu)于油淬；同時(shí)因高溫段降低了50℃之多，電力消耗節(jié)省較明顯，并且工件氧化現(xiàn)象明顯減少。因65Mn材料易氧化脫碳，不難看出降低了溫度很大程度上防止和減少了氧化脫碳現(xiàn)象，從而也是對(duì)熱處理質(zhì)量得以充分保證的條件之一。

為保證摟齒淬火質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中一般每天都對(duì)介質(zhì)測試一次，高于婆梅密度7.5就加水進(jìn)行調(diào)整，溫度控制在50℃以下，但在生產(chǎn)過程中有時(shí)達(dá)到近80℃，但工件硬度保持不變，介質(zhì)性能沒有發(fā)生變化。

3.2方捆機(jī)切刀熱處理

方捆機(jī)切刀有4種其厚度要求為14mm的板材，它是該產(chǎn)品關(guān)鍵件之一，原設(shè)計(jì)為T9鋼，要求熱處理硬度56HRC-60HRC，因市場買不到14mm厚的T9鋼板，臨時(shí)改為45鋼淬火用傳統(tǒng)方法水淬硬度不足，采用水溶性淬火介質(zhì)完全達(dá)到了硬度要求，解決了生產(chǎn)急需，保證了銷售供貨期限。

3.3討論

理想的淬火冷卻介質(zhì)應(yīng)具有如下特征：當(dāng)工件冷卻到高于650℃時(shí)，冷卻速度稍慢，以免工件變形過大，而在奧氏體(A)不穩(wěn)定區(qū)650℃-400℃冷卻時(shí)，應(yīng)具有足夠大的冷卻速度，以防止奧氏體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，在400℃以下冷卻時(shí)，其冷速應(yīng)趨于緩慢，以免馬氏體(M)相變時(shí)產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，引起變形甚至開裂。從應(yīng)用結(jié)果與材料的內(nèi)部顯微組織(見65Mn樓齒金相組織，圖1)特征及在冷卻時(shí)產(chǎn)生定溫放熱爆炸反應(yīng)現(xiàn)象及。JEF型淬火介質(zhì)冷卻曲線(見圖2)看， JEF型水溶性淬火介質(zhì)中的化學(xué)元素在300℃附近(320℃-280℃)的特定溫度下突然發(fā)生爆炸反應(yīng)，反應(yīng)生成的熱流緊緊包裹在工件周圍使工件的冷卻速度驟然下降，隨機(jī)冷卻曲線出現(xiàn)斷點(diǎn)，過后工件又恢復(fù)正常冷卻速度；這一特性既保證了介質(zhì)的冷卻能力又解決了300℃附近的冷卻速度問題，使工件在強(qiáng)冷卻能力的介質(zhì)中迅速過冷、充分淬硬，當(dāng)溫度降到300℃附近時(shí)又突然緩冷，減小淬火應(yīng)力確保材料不開裂，畸變小。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

以生產(chǎn)摟齒計(jì)算，首先，由于降低了淬火加熱溫度，節(jié)電要超過10％，按此計(jì)算，每班至少節(jié)省30-40元；其次，由于以水代油無火災(zāi)隱患，無需配備更多的消防器具，節(jié)省了一定的開支。另外在勞保方面不用帶耐油防護(hù)手套，耐油鞋等防護(hù)用品；再次，最主要的是淬火介質(zhì)消耗減少，按往年熱處理工件數(shù)量需消耗3噸左右變壓器油，按2003年價(jià)格計(jì)算，價(jià)值為2.025萬元左右，使用、JEF型淬火介質(zhì)，2004年，價(jià)值為0.455萬元，當(dāng)年節(jié)省1.57萬元，從另一個(gè)角度講用油淬火每噸工件介質(zhì)成本為370元，而用水溶性介質(zhì)成本每噸為82.8元：水溶性淬火介質(zhì)徹底解決了火災(zāi)的隱患，無污染，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 注意事項(xiàng)

(1)水溶性淬火介質(zhì)為無機(jī)高分子復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)工件有微腐蝕現(xiàn)象，對(duì)淬火后不再進(jìn)行金屬切削加工的工件需要清洗，不然在存放過程中會(huì)生銹；解決的辦法最好是在回火后浸水清洗。

(2)在中國寒冷地區(qū)不宜在外存放，不然會(huì)把容器凍裂，在冬季生產(chǎn)時(shí)要特別注意循環(huán)管道的防凍。

(3)由于水溶性淬火介質(zhì)有定溫放熱爆炸反應(yīng)功能，對(duì)工件表面要求應(yīng)無明顯劃痕，否則易在此處造成淬火裂紋。

6 結(jié)語

(1)通過實(shí)驗(yàn)分析與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，JEF型水溶性淬火介質(zhì)完全可以代替油，且它的淬火冷卻速度可通過濃度來調(diào)整。

(2)JEF型水溶性淬火介質(zhì)的冷卻速度隨其濃度的增加而減小，但要控制在一定范圍內(nèi)。

(3)同牌號(hào)同濃度的淬火介質(zhì)適用材質(zhì)多。

(4)濃度測試操作簡單、容易掌握。

(5)節(jié)能、降耗、高效、環(huán)保。