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摘    要：本文通過對N32機油和今禹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量的影響。實驗結果表明，N32機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，熱處理行業中普遍存在著“重熱輕冷”——重視工件的加熱控制，輕視淬火冷卻技術的現象。各種可用的現代化技術不斷地應用在工件的加熱上，但冷卻依然是在慣用的水和普通機油中進行。用機油淬火，油質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，且影響因素較多的前提下，就很難達到滿意的效果。雖然使用水溶性淬火液的效果也不錯，但因管理環節較多，需要用一個獨立的循環系統，對不同材質、不同規格產品的生產缺乏靈活性，難以應對快速多變的市場需求。為了解決以上矛盾，挖掘傳統的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板簧進行淬火冷卻，并與N32機油的冷卻特性進行了對比。以探索適用于較厚截面的60Si2Mn板簧淬火的新型油品。

2．試驗條件及方法
    新舊比例不同的N32機油和今禹Y15-II快速光亮淬火油的冷卻特性試驗是在油溫為50℃、體積為1200ml條件下，采用IS09950國際標準進行實驗，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格為14×100的60Si2Mn彈簧鋼及18×100的50CrVA彈簧鋼標準拉伸試樣，同時用BLl2-220型步進式加熱爐加熱，分別用N32機油和今禹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噸萬能材料試驗機進行拉伸試驗；用HB-3000型布式硬度計檢查硬度。

3. 試驗結果
3.1 新舊比例不同的N32機油的冷卻特性
    新舊比例不同的N32機油的冷卻特性如表1所列。由表1中數據可知，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℃，使非馬氏體轉變(A→B)的機會減小。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機油的冷卻特性對比
    實驗獲得的兩種油的冷卻特性參數如表2所列。通過表2的對比，可以看到Y15-II快速光亮淬火油有較短的蒸汽膜階段，且出現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)的轉變量，使馬氏體(M)轉變充分，得到足夠的淬透深度。

表2 Y15-II快速光亮淬火油與N32機油的冷卻特性對比
 

3.3 60Si2Mn與50CrVA彈簧鋼在兩種介質中淬火冷卻試驗結果的對比
    規格為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機油兩種介質中淬火冷卻的試驗結果如表4所列。

表3 試樣的化學成分及熱處理工藝

    由表4可見，同種材料經Y15-II快速光亮淬火油熱處理后，材料強度略高于N32機油，塑性指標高于N32機油淬火。
    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機油淬火、回火組織為屈氏體+少量貝氏體：50CrVA彈簧鋼用N32機油淬火、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、回火組織為均勻細小的回火屈氏體。顯然，Y15-II快速油的冷卻優于N32機油。

    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面積小于用N32機油淬火的，前者的斷面收縮率高于后者，而前者的強度略高，這樣的力學性能對板簧而言更為理想。

3.4 生產現場的產品淬火硬度對比結果及分析
    在實際生產中，加熱溫度為860-890℃，加熱時間25-30分鐘，每隔半小時抽三片，用N32機油對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 同材質不同淬火油的現場生產的60Si2Mn板簧的淬火硬度

    表5數據表明，在N32機油中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，在整個截面上都能淬透，獲得良好的機械性能，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，然后回火達到所要求的組織和性能。而保證淬硬的關鍵是——淬火介質在彈簧鋼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應在鼻尖處達到最大冷卻速度而在300℃以下有適當的的冷卻速度，以達到既能夠淬硬淬透又能減少變形的目的。
    觀察表1數據可知，N32機油(無論是新舊)，t650℃(為A→P冷卻到650~C的時間)都≥4.8秒，而60Si2Mn鋼“C”曲線上從到A→P轉變鼻尖的最短時間為4秒左右，結果使工件的淬火過程中發生中溫轉變出現不應有的貝氏體組織(B)，見圖1(c)。分析生產現場的硬度(表5)表明，用N32機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于大批量的生產。N32機油對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中的數據表明：Y15-II快速光亮淬火油的蒸汽膜階段較短，且出現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的低溫冷卻速度)，得到理想的組織。按金相檢驗標準區分，60Si2Mn鋼用Y15-II淬火的試樣的組織級別要高于用N32機油的淬火的；50CrVA彈簧鋼經兩種淬火介質熱處理后，從組織形態上Y15-II快速光亮淬火油具有較N32機油更為細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別，但對比拉伸數據可知，Y15-II油熱處理后，材料強度略高于N32機油，塑性指標高于N32機油淬火，這主要是由于Y15-II油的特性溫度和最大冷速都優于N32機油的緣故。
    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性能。

5．結論
    1．在原有舊的N32機油里添加新油不能對冷卻特性產生較大的改善，N32機油不適合有效厚度大于12mm的批量生產。
    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快速光亮淬火油進行熱處理后，材料拉伸后的塑性、金相組織級別均優于N32機油。
    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械性能，更好的滿足產品的性能要求。