莱钢集团机械制造有限公司生产的铲叉多采用40Cr 、35Cr Mo 、42Cr Mo及37Si Mn 等连铸坯，经锻打成形后再调质热处理。初期，热处理使用的冷却介质为0# 柴油。由于铲叉生产为流水线作业，冷却介质频繁使用3 个月左右就发生老化现象，而导致铲叉调质硬度低。0# 柴油作为冷却介质还经常发生火灾等事故，但由于厂房为钢筋混凝土结构，没有造成大的损失。而今，铲叉生产线进行整合，厂房改为钢结构，同时产能提高1 倍，若将0 # 柴油继续作为冷却介质，将更易老化而严重影响铲叉调质硬度，且极易发生火灾烧毁厂房。为此，公司积极引进AQ251 聚合物水基淬火介质，以期通过试用取代0 # 柴油。
一、AQ251 聚合物水基淬火介质的特性
1. 理化参数
AQ251 聚合物水基淬火介质原液为浅黄色液体，密度为1.078g/c m3 (15.6 ℃) ，pH 值为9.5，<74 ℃时溶于水，≥74℃时在水中逆溶析出。该淬火剂由有机聚合物及防锈剂、杀菌剂等多种添加剂组成，因此具有无油烟、无腐蚀、无火灾危险及抗老化的特性。
2. 冷却特性
实际生产中，往往按照工件的材质及性能需求将AQ251聚合物水基淬火介质按一定比例配置成水溶液。正由于淬火介质浓度可调，决定其具有冷却速度在水和淬火油之间可调的冷却特性。①AQ251 聚合物水基淬火溶液在高温区的冷却速度比淬火油大得多，其中5% 时接近水，保证了工件的淬透性和淬硬性。②低温区马氏体的转变点Ms附近的冷却速度与水相近。③5%～15% 的AQ251聚合物水基淬火液的冷却性能介于水和淬火油之间。
二、AQ251 聚合物水基淬火介质在铲叉热处理中的试用
1. 初步试验
试件选取：2捆共计32支100 ×45 ×1200 —2标准铲叉，材质为42CrMo，表面硬度要求为270 ～340HBW。
试验设施：南京摄山电炉总厂生产的105kW台车式电阻炉1台；温控系统采用即可全自动又可人工测量控制；炉门、台车和炉体的密闭方式采用气压系统密闭；淬火池容积为4. 5m ×3 m×4 m ( 长× 宽× 高) ，可容纳50t 淬火介质。基于前面所述AQ251 聚合物水基淬火介质的冷却特性，将其试用浓度初步定在10 % -12 %。热交换系统与水底喷淋系统共同构成冷却系统。试验工艺：在105kW 台车式电阻炉中( 860 ±10) ℃保温2. 5h，在浓度为11. 3 % 的AQ251 水基聚合物淬火溶液中冷却；随后仍在台车式电阻炉中( 560 ±10) ℃保温4h，快速水冷。结果检验：表面硬度为297 ～361HBW。全部铲叉变形尺寸超标，7 支铲叉存在不同程度的开裂现象。
2. 进一步试验
工艺优化：在105kW 台车式电阻炉中(850 ±10) ℃保温2.5h，在浓度为13.5 % 的AQ251 水基聚合物淬火溶液中冷却；随后仍在台车式电阻炉中(580 ±10) ℃保温4h，快速水冷。结果检验：表面硬度为272 ～313HBW。全部试验铲叉无开裂，变形尺寸在标准要求范围内。
三、AQ251 聚合物水基淬火介质使用要点
1. 热处理工艺调整
原先，0 # 柴油作为淬火介质时，经常出现老化现象，冷却能力降低。为保证淬火硬度，我们提高了淬火加热温度，降低了回火温度。试验初期阶段，使用相同的热处理工艺，在AQ251 聚合物水基淬火介质中淬火时，铲叉出现不同程度的变形甚至开裂，强度与硬度过高，伸长率、收缩率及冲击值处在底限。为此，需将淬火温度降低、回火温度升高。
2. AQ251 聚合物水基淬火介质浓度测定与控制
莱钢集团机械制造有限公司采取用糖度仪测定折光率的办法来计算淬火介质的浓度，通过定期测定粘度的办法及时修正折光系数，避免了因淬火介质受污染而影响浓度测定的现象产生。利用短周期、频繁少量补液的办法控制浓度，此法能保证淬火介质浓度( 通过试用，浓度定在12% ～15 % ，夏季取下限，冬季取上限) ，防止因浓度过低而导致工件变形开裂、浓度过高而导致淬火硬度偏低的现象发生。另外，其自身因含抗老化剂还可防止老化。
3. 改造AQ251 聚合物水基淬火介质的搅拌冷却系统
AQ251 聚合物水基淬火介质与水一样，往往会在工件淬火时在高温区产生蒸汽膜。与淬火油相比，这是一个不小的缺点，如果不能有效地解决脱气性问题，就会出现工件淬火表面硬度较低甚至低于油淬的现象。要提高水溶性淬火介质在高温阶段的脱气性问题，以确保工件的淬透性和淬火硬度，必须使淬火剂达到一定流动速度( ≥0. 5m/ s) ，依此消除蒸汽膜。原先，我们仅采用热交换器简单地做冷却作用，根本没设计安装搅拌系统。
为此，我们设计了一套搅拌系统：将一安装有64支10mm×50mm 喷淋管口的2m×2m×0.15m 水箱与热交换器80mm 的输出口连接，并沉于淬火池底，同时将热交换器的水泵扬程选为35m。改造后，通过实际观察与测量，聚合物水基淬火溶液通过自下而上的喷涌实现自身搅拌，并达到良好的效果：①在工件周围形成均匀流动，流速达到0.5 ～1m/ s 左右，有效地消除了蒸汽膜阶段的影响。②保证淬火介质的使用温度控制在20～55 ℃，避免淬火介质的逆溶，改善了淬火液的冷却性能。③保证了淬火溶液浓度的均匀性，即保证了工件淬火表面硬度的均匀性。
四、结语
( 1) AQ251 聚合物水基淬火介质在铲叉淬火中的应用，充分发挥了其冷却速度在水和淬火油之间可调的冷却特性。
( 2) 经过长期连续生产试验，证明其工艺稳定、质量可靠，没有出现因为淬火液老化、浓度波动幅度大而影响产品质量的问题。
( 3) 通过合理补液控制了淬火介质浓度，又可防止其老化。而0 # 柴油作为淬火介质时，一旦老化严重需全部换掉，依此算来，经济效益显著。
(4) 因为淬水介质不着火，无污染，提高了安全性，适应钢结构厂房生产，改善了职工工作环境。
11/28/2010
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