油或聚合物：如何选择合适的淬火介质
淬火油和淬火液是最常见的冷却介质，淬火油使用的最多，原因是其冷却性能比较和缓，既能够淬硬，同时又不产生过大的变形而增加后道精加工难度。然而对于低淬透性碳钢或低合金结构钢就显得勉为其难了，此时，淬火液就成为一种很好的选择。本文将从实际应用案例出发帮助大家了解特殊场合如何选择合适的淬火介质。
水的冷却速度很高，但对温度敏感（图1），且蒸汽膜稳定（图2）。水淬的最大风险在于变形或开裂，尤其是对于截面不对称的普通碳钢。虽然可以采用高淬透性的空冷硬化钢，但成本却随之增加。
那么，有其它的选择吗？
聚合物水剂淬火液通过调整浓度可以得到介于水和油之间的冷速，同样可以得到理想的力学性能。
聚合物水剂淬火液有以下优点：
・无油烟和火灾危险（图3）
・更好的工作环境
・更低的使用成本
・更简便的废物处理
・更干净的工件
奎克好富顿可以提供以下四种聚合物水剂淬火液（表1）。
聚烷撑乙二醇（PolyalkyleneGlycol，PAG类），如AQUA-QUENCH® 251 C具有逆溶性、是一种稳定性最好的淬火液，广泛用于整体调质、感应淬火等工艺，较高浓度时甚至可用于渗碳淬火工艺。
聚乙烯吡咯烷酮（PolyvinylPyrrolidone，PVP类），如AQUA-QUENCH® 3699 C具有冷油的冷却性能，可用于模具钢、马氏体不锈钢等高合金钢的淬火。
PAG类淬火液（如AQUA-QUENCH® 251 C）可用于小到紧固件、大到风电零件的调质热处理，涵盖了从低/中碳钢到高淬透性的合金结构钢。
最近的一个使用实例是中碳合金结构钢的风电偏航轴承套圈（图4）及风电主轴的调质热处理。
这类零件一般选用42CrMo（AISI 4140）、40CrNiMo（AISI 4340）等中碳合金结构钢，除力学性能外还要求低温冲击（－20℃和－40℃）。经10-15%浓度的AQUA-QUENCH® 251 C淬火后，测到目标硬度48HRC处的淬硬层深度可达50mm以上，金相组织为理想的混合马氏体（图5），性能也得到了客户的认可（表2）。
一般来讲，工件一旦加热就会伴随着淬火畸变。对于要求得到全部马氏体硬化的工件，马氏体等温分级淬火油（或热油）就具有非常明显的优点，尤其是渗碳淬火工艺。
马氏体等温分级淬火是将工件浸入到温度在100～200℃的油中冷却，在整个油冷时间内，使得工件的表面与心部温度尽可能达到一致的一种工艺。大多数情况下马氏体等温分级淬火油可以大幅度地减少工件的淬火畸变。
淬火畸变很大程度上是由于外形突变或者是因冷却时热传递不同步而产生局部温差所引起的。此外，介质温度、搅拌强度和均匀性、淬火槽的设计和工件的化学成分甚至前道冷加工应力都可能造成过大的淬火畸变。
奎克好富顿开发出一系列中等粘度、中等冷速的马氏体等温分级淬火油：MAR-TEMP® OIL 355和MAR-TEMP® OIL 555。这类淬火油即使长时间的高于100℃以上使用也能提供长期稳定的抗氧化寿命。虽然冷速比快速淬火油低（图6），但闪点和黏度都高于冷油，因此使用温度也相应的高很多，适用于较高变形控制要求的渗碳淬火或整体硬化工艺，可用于开式槽、闭式槽或者多用炉中的整体式淬火槽中。
一家著名的汽车齿轮制造商在多用炉整体油槽中对渗碳淬火传动齿轮进行马氏体分级淬火。原淬火油在使用6至8周后就出现油品老化、变形无法控制、热后清洗困难而无法继续使用，最终不得不全槽更换，导致成本增加。
奎克好富顿推荐了MAR-TEMP® OIL 355淬火油。试验是在多用炉、120℃的油温下进行的。经初步试验，齿轮变形立刻就被控制在公差范围之内，而且根据试验淬火油至少可连续使用70～80周而不显示任何的氧化。无论是油的使用成本还是管理成本都急剧降低。
来源：奎克好富顿
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