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金潤寶 ZFQ-BⅠ型類油聚合物水基淬火介質(zhì)應(yīng)用
1、引言
該文對聚合物淬火介質(zhì)優(yōu)點，它的冷卻機制，它的結(jié)構(gòu)對淬火冷卻機理的影響，以及聚合物淬火介質(zhì)代替淬火油的經(jīng)濟性等做了論述。同時介紹了十余種水溶性聚合物 淬火介質(zhì)在鑄鍛件和機器零件熱處理中的應(yīng)用實例，其目的是進步推動聚合物代替淬火油的步伐。
零件重量大到 16.5 噸的模塊，小到 M10 螺栓，零件材料從耐磨 高鉻鑄鐵（以 Cr26 為代表）到般合金鋼和滲碳鋼，工件形狀從簡 單模塊到復(fù)雜齒輪，都在聚合物介質(zhì)淬火中成功地經(jīng)受住了考驗。 它們在淬火后獲得了要求的性能和組織，而且沒有變形和裂紋。在 上述基礎(chǔ)上，作者提出了淬火液三槽理論，即在熱處理車間里積 推廣清水槽（或無機介質(zhì)水槽），類油聚合物水槽和 PAG 水槽，取 消淬火油槽，徹底消除煙氣污染和火災(zāi)。 本文對類油聚合物水基淬火介質(zhì)在半自磨機合金鋼襯板上的應(yīng)用，做比較詳細的介紹，引起大家的關(guān)心和興趣。
2、礦用半自磨機合金鋼襯板的材料選擇及經(jīng)典熱處理工藝
電力行業(yè)標準 DL/T681-2012《燃煤電廠磨煤機耐磨件技術(shù)條件》 和 DL/T1604-2016《燃煤電廠碎煤機耐磨件技術(shù)條件》對襯板的推 薦鋼種有 ZG40CrNiMo，ZG42Cr2Si2MnMo,ZG50Cr5Mo，ZG60CrMoCu， ZG75Cr6Mo，ZG45Cr2Mo 以及 ZG42Cr5Mo 等(其它材料還有抗磨白口 鑄鐵，因不屬于本文討論范圍，在此忽略)。
目前市場上廣泛采用的是油淬熱處理鋼 ZG42Cr2Si2MnMo 和 ZG45Cr2Mo（日本鋼種）。
熱處理工藝明顯影響襯板的力學(xué)性能，金潤寶科技有限公司同周立剛等人研究了不同熱處理條件下 ZG42Cr2Si2MnMoRE 的性能變化規(guī)律。襯板經(jīng)淬火 回火后的化學(xué)成分，熱處理工藝，力學(xué)性能與顯微組織，見附件 1 表 1。襯板經(jīng)正火處理再淬火回火的化學(xué)成分，熱處理工藝，力學(xué) 性能與顯微組織，見附件 1 表 2。成分接近時經(jīng)正火處理再淬火回火可以明顯提高合金鑄鋼襯板的韌性。
附件 1：
表 1 .ZG42Cr2Si2MnMoRE 襯板淬火回火后的化學(xué)成分、熱處理工 藝、力學(xué)性能與顯微組織
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產(chǎn)品名稱 |
階梯襯板 |
Φ3.8m 磨機 襯板 |
Φ3*11m 磨機階梯 襯板 |
Φ3*4.9m 襯板 |
階梯襯板 |
Φ4.6m 磨機階梯溝槽 襯板 |
Φ4.2m 磨機 襯板 |
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化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%） |
C |
0.44 |
0.41 |
0.44 |
0.43 |
0.40 |
0.40 |
0.41 |
|
Cr |
1.96 |
1.84 |
1.96 |
2.10 |
1.77 |
2.10 |
1.90 |
|
|
Mn |
1.15 |
0.87 |
1.05 |
1.02 |
1.10 |
1.00 |
1.05 |
|
|
Si |
1.67 |
1.63 |
1.53 |
1.65 |
1.55 |
1.80 |
1.58 |
|
|
Mo |
0.31 |
0.32 |
0.35 |
0.58 |
0.28 |
0.17 |
0.20 |
|
|
Re |
適量 |
|||||||
|
S、P |
<0.035 |
|||||||
|
熱處理工藝 |
升溫速度為 2℃/min，930℃×5h 油淬至 Ms 以下+250℃×10h 回火 |
|||||||
|
力學(xué)性能 |
硬度HRC |
56 |
56 |
57 |
56 |
56 |
57.5 |
57 |
|
Akn/ (J/m2) |
54 |
46 |
70 |
84 |
54 |
48 |
53 |
|
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顯微組織 |
回火M+殘留奧氏體 |
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表 2 ZG42Cr2Si2MnMoRE 襯板正火處理再淬火回火后的化學(xué)成分、熱處理工藝、力學(xué)性能與顯微組織
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產(chǎn)品名稱 |
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Φ3.2m× 4.9m 磨機 簡體襯板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨機壓條 |
Φ3.2m× 4.9m 磨機簡體襯板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨機簡體襯板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨機簡體襯板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨機格子板 |
|||
|
化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%） |
C |
0.44 |
0.41 |
0.44 |
0.43 |
0.40 |
0.40 |
|||
|
Cr |
1.96 |
1.84 |
1.96 |
2.10 |
1.77 |
2.10 |
||||
|
Mn |
1.15 |
0.87 |
1.05 |
1.02 |
1.10 |
1.00 |
||||
|
Si |
1.67 |
1.63 |
1.53 |
1.65 |
1.55 |
1.80 |
||||
|
Mo |
0.31 |
0.32 |
0.35 |
0.58 |
0.28 |
0.17 |
||||
|
Re |
適量 |
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|
S、P |
<0.035 |
|||||||||
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熱處理工藝 |
升溫速度為 2℃/min，930℃×5h 空冷+升溫速度2℃/min，930℃×5h油淬至 Ms 以下，未回火 |
升溫速度為 2℃/min，930℃×5h 空冷+升溫速度2℃/min，930℃×5h油淬至 Ms 以下。 |
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力學(xué)性能 |
硬度HRC |
56 |
56 |
57 |
56 |
56 |
||||
|
Akn/ (J/m2) |
54 |
46 |
70 |
84 |
54 |
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|
顯微組織 |
淬火 M+大量殘留奧氏體 |
淬火 M+大量殘留奧氏體 |
回火 M+少量殘留奧氏體 |
回火 M+下B+少量殘留奧氏體 |
未回火上B+下B+少量殘留奧氏體 |
|||||
值得指出，上述熱處理工藝中，襯板淬火介質(zhì)都采用了淬火油，按照我們的實踐經(jīng)驗，今后都律可以用類油聚合物水基淬火介質(zhì)來代替。
因為類油型聚合物水基淬火劑在 300℃ 的冷卻速度和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域的 300℃到 200℃ 的所用時間與淬火油接近。況且，在馬氏體溫度轉(zhuǎn)變區(qū)域的冷卻速度可以采用液——空交替冷卻淬火，人為的增加了從 300℃ 到 200℃ 的冷卻時間，從而降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域的淬火冷卻速度，300℃ 到 200℃ 時的冷卻所用時間越長，馬氏體轉(zhuǎn)變時的淬火應(yīng)力越小，工件淬火引起的內(nèi)應(yīng)力越小越不易淬裂。而用油很難人為的控制其從 300℃ 到 200℃時的冷卻速度和冷卻時間，因為此溫度工件從油里提出時若工件溫度超出油的閃點溫度會著火，其危險，而用聚合物水基淬火介質(zhì)能做到這些，不但操作安，而且環(huán)保，沒有火害隱患。
3、類油聚合物水基淬火介質(zhì)在大型半自磨機合金鋼襯板熱處理上的應(yīng)用
3.1 金潤寶 ZFQ-BⅠ類油聚合物水基淬火介質(zhì)性
金潤寶 ZFQ-BⅠ類油聚合物水基淬火介質(zhì)性如表 1 所示。
表 1、ZFQ-BⅠ類油聚合物水基淬火劑和油、水、風(fēng)冷的冷卻性
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ZFQ-BⅠ型淬火劑與水冷、油冷、風(fēng)冷冷卻性對比 |
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淬火介質(zhì) |
介質(zhì)溫度（℃） |
性溫度（℃） |
性時間（S） |
大冷卻所在溫度（℃） |
大冷速（℃/S） |
300℃時冷速（℃/S） |
到600℃時間（S） |
到400℃時間（S） |
到300℃時間（S） |
到200℃時間（S） |
|
|
水 |
|
30 |
688 |
1.62 |
545 |
203 |
111.5 |
2.1 |
3.2 |
3.9 |
5.1 |
|
快速淬火油 |
|
30 |
733 |
4.2 |
626 |
114.3 |
16.4 |
5.5 |
8 |
11.4 |
27.3 |
|
普通淬火油 |
|
|
|
|
545 |
83.5 |
6.5 |
|
|
|
|
|
風(fēng)冷 |
|
25 |
850 |
0.12 |
836 |
9.1 |
2.2 |
35 |
81.5 |
119.7 |
|
|
ZFQ-B Ⅰ型水 基淬火 劑與水 比例 |
1:4 |
38 |
590 |
16.2 |
512 |
66.6 |
7.2 |
15.8 |
19.7 |
25.5 |
48.9 |
|
1:5 |
37 |
612 |
13.24 |
538 |
77.6 |
7.2 |
13.5 |
16.7 |
22.7 |
45.2 |
|
|
1:6 |
30 |
721 |
6.18 |
609 |
90.1 |
9.9 |
7.8 |
10.6 |
15.3 |
34.8 |
|
|
1:7 |
30 |
643 |
11.48 |
553 |
78.3 |
9.6 |
12.3 |
15.2 |
19.8 |
39.2 |
|
|
1:8 |
31 |
762 |
3.42 |
626 |
106.5 |
10.3 |
5.2 |
7.8 |
12 |
31.4 |
|
|
1:9 |
30 |
755 |
4.08 |
605 |
108 |
10.8 |
5.8 |
8.3 |
12.8 |
31.9 |
|
|
1:10 |
30 |
765 |
3.52 |
616 |
106.5 |
27 |
5.3 |
7.5 |
9.8 |
23.1 |
|
|
1:11 |
30 |
638 |
11.42 |
538 |
83.5 |
14.1 |
11.9 |
14.7 |
18.2 |
34.6 |
|
|
1:12 |
29 |
729 |
5.37 |
586 |
105.6 |
16.4 |
7.2 |
9.6 |
12.8 |
27.5 |
|
由表 1 可見，ZFQ-BⅠ類油聚合物水基介質(zhì)與水的配比，從 1:4 至 1:12 共9 個等。 大冷卻速度從 66.6℃/S 到 108℃/S，300℃ 冷速從 7.2℃/S 到 27℃/S。而普通淬火油和高速淬火油的 大的冷速為 83.5℃/S 至 114.3℃/S。300℃ 時冷速為 6.5℃/S 至16.4℃/S。由此可見，淬火油的大冷速正好處于 9 個等之內(nèi)。而淬火油的 300℃ 冷速與 1:4，1:5，1:6，1:7，1:8，1:9 時的 300℃ 冷速比較接近。這就提供了類油聚合物介質(zhì)代替淬火油的可能性。
3.2，類油聚合物水基淬火介質(zhì)在半自磨機合金鋼襯板上的應(yīng)用
哈爾濱恒瑞德新材料科技有限公司，為黑龍江省伊春鹿鳴礦業(yè)有限公司選礦廠的直徑10.97M × 7.16M 半自磨機提供合金鋼襯板（材料為ZG45Cr2NiMo）。筒體襯板單件重 2.5 噸，襯板單重 1.7-2.0 噸，痹子板單件重 1.6 噸，過去采用油淬火經(jīng)常開裂，而且襯板在使用中經(jīng)常斷裂，給用戶造成不少損失。從 2015 年 10 月份開始，淬火介質(zhì)改用 ZFQ-BⅠ類油聚合物淬火介質(zhì)，使用濃度是 15%，完解決了淬火開裂難題，且襯板在使用中安可靠，耐磨性提高。產(chǎn)品質(zhì)量得到用戶的認可。
3.3，半自磨機合金鋼襯板和襯板淬火現(xiàn)場照片
下面是黑龍江伊春鹿鳴鉬礦用Φ10.97 米 X7.16 米半自磨機合金鋼襯板
值得提下，金潤寶公司能提供六種型號（即 ZFQ-A，-BⅠ, -BⅡ，C，D和 E）譜系各種冷卻速度淬火介質(zhì)。它們的 大冷卻速度從 15～20℃/S 至350.6℃/S。它們的 300℃ 冷卻速度從 6.4～16.6℃/S 至 88.90C/S。其中，ZFQ-A 型高分子類聚合物介質(zhì)滿足厚大件高鉻鑄鐵（Cr15,Cr20,Cr26 及 Cr28）熱處理的需要，ZFQ-BⅠ型是內(nèi)創(chuàng)，已獲得利。金潤寶公司的產(chǎn)品系列，為三槽理論并取消淬火油槽提供了方位的技術(shù)支持。
4、結(jié)束語
本文為三槽理論，即在熱處理車間推廣清水槽（或無機介質(zhì)水槽），類油聚合物水槽和PAG 水槽，取消淬火油槽，提供了技術(shù)支持。對類油聚合物水基淬火介質(zhì)在合金鋼襯板上成功應(yīng)用給出了案例。洛陽金潤寶公司多種型號水溶性聚合物淬火介質(zhì)在市場上獲得越來越多用戶的認可。熱情歡迎業(yè)內(nèi)家和用戶前來本公司考察、洽談。
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