PAG水基淬火液对42CrMo钢调质组织性能影响的研究

郁俐;涂小龙;吴韬;陈云祥

【摘 要】利用光学显微镜观察组织,利用洛氏硬度计、万能试验机和冲击试验机进行力学性能测试,对不同规格的42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火再高温回火后,对组织性能的影响进行了研究.研究结果表明,42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火,直径在200 mm以内,表面硬度为51～54 HRC;590 ℃回火后,表面硬度为30～33 HRC;心部硬度分别为25.5～28.3、24～28和23～27 HRC;距表面30mm处为回火索氏体,心部为回火索氏体和铁素体,并随PAG水基淬火液浓度增加,心部铁素体量增加;距表面17.5 mm处,抗拉强度≥860 MPa,伸长率≥16.5%,断面收缩率≥63%,冲击吸收能量≥103 J.%OM is used to observe the microstructure.Rockwell hardness tester, universal material testing machine and impact tester are used to test the mechanical properties.The microstructure and properties of 42CrMo materials with different specifications in 8%, 10%, 12%PAG water-based quenching and high tempering are studied.The results show that 42CrMo materials in 8%, 10%, 12%PAG water-based quenching liquid quenching, the diameter of the material in diameter less than 200 mm, the surface hardness is 51-54 HRC;590 ℃ after tempering, the surface hardness is 30-33 HRC;the core hardness are 25.5-28.3, 24-28 and 23-27 HRC;at 30 mm from surface to tempered sorbite, the core to tempered sorbite and ferrite, and PAG water-based quenching density increased, center of ferrite is increased;from the surface of 17.5 mm, tensile strength is more than 860 MPa, elongation of more than 16.5%, section

shrinkage rate of more than 63%, the impact of more than 103 J.

【期刊名称】《新技术新工艺》

【年(卷),期】2017(000)004

【总页数】6页(P6-11)

【关键词】42CrMo;PAG水基淬火液;调质;组织;性能

【作 者】郁俐;涂小龙;吴韬;陈云祥

【作者单位】杭州前进齿轮箱集团股份有限公司,浙江 杭州 311203;杭州前进齿轮箱集团股份有限公司,浙江 杭州 311203;浙江机电职业技术学院,浙江 杭州 310053;浙江机电职业技术学院,浙江 杭州 310053

【正文语种】中 文

【中图分类】TG156.1;TG156.6

矿物淬火油冷却速度较慢，适用范围广，至今仍是主要淬火介质，并广泛应用于合金钢淬火。然而，由于矿物淬火油冷速不足和比较固定单一，难以满足淬透性较低的钢材，特别是对于淬透性较低的钢材且零件截面较大时，采用矿物淬火油淬火，存在淬硬层浅，表面硬度较低，心部铁素体量多等缺点，从而影响零件的使用性能和使用寿命。另外，使

用矿物淬火油淬火，会产生浓重的油烟，影响安全和环保。

近十几年， 国内PAG水基淬火液取得了巨大的成功，解决了大多数以水代油的问题。其可通过改变浓度来改变冷却速度，以满足不同钢种的需要，被认为是当前性能最好的有机聚合物淬火液[1-7]。该淬火液具有安全、环保、节能和投入运行成本低等优点。本文通过对3种不同规格的42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火后组织性能的研究，为42CrMo钢不同截面尺寸选择合适浓度的PAG水基淬火液提供工艺试验依据。

试验用42CrMo钢采用电弧炉真空脱气冶炼，浇注成钢锭，经开坯、锻造拨长，正火预先热处理，加工成φ100 mm×200 mm、φ150 mm×200 mm和φ200 mm×200 mm等3种规格试样。试样化学成分见表1。

3种试样热处理是在Aichelin可控气氛多用炉和Aichelin保护气氛转底炉加热，奥氏体化温度为860 ℃保温、淬火和高温回火。在距试样一端70 mm处用线切割割开，70 mm段在线切割截面磨去1 mm后，在直径方向由表及里检验洛氏硬度；在130 mm段的圆截面上以距外圆柱表面(下述简称表面)17.5 mm处为圆心取φ30 mm×130 mm圆棒1件和11 mm×11 mm×130 mm长方体2件，分别制成φ14 mm拉伸试样(见图1)和V型冲击试样；在130 mm段的圆截面上分别以圆中心和距表面25 mm处为圆心，取φ20 mm×130 mm小试样各1件，观察组织。

利用HR-150A洛氏硬度计检测洛氏硬度，AXIO OBSERVER.AI金相显微镜观察组织，CMT5303钢万能试验机进行拉伸试验，ZBC3302-B冲击试验机进行冲击试验。

2.1 42CrMo钢在光亮淬火G油中淬火、高温回火后的组织性能

3种规格42CrMo钢在Aichelin可控气氛多用炉加热至860 ℃，分别保温4、6和7 h，在光亮淬火G油中淬火，淬火油温60 ℃，淬火冷却时间为1 h，然后在540 ℃分别保温5、6和7 h后空冷。其金相组织如图2和图3所示。由图2和图3可见，心部为回火索氏体和铁素体，在φ200 mm×200 mm规格试样中铁素体最多，有块状铁素体，说明42CrMo钢淬透性不是太好，3种规格在光亮淬火G油中淬火，淬硬层较浅，心部均有较多铁素体，在距表面30 mm处有少量铁素体。

3种规格42GrMo钢在光亮淬火G油中淬火、540 ℃回火后表面硬度见表2，截面硬度曲线如图4所示。由表2和图4可知，42CrMo钢淬火后，表面硬度随截面直径增加而下降，540 ℃回火后，表面硬度随截面直径增加而降低。

3种规格42GrMo钢在光亮淬火G油中淬火、540 ℃回火后力学性能见表3。由表3可知，抗拉强度分别为1 030、970和925 MPa，伸长率为14.5%～15.5%，冲击吸收能量为35～40 J。随着试样截面直径增大，抗拉强度明显降低。

2.2 42CrMo钢在不同浓度PAG水基淬火液中调质后的组织性能

3种规格42CrMo钢在Aichelin保护气氛转底炉加热至860 ℃，分别保温4、6和7 h，在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火，冷却1 h，PAG水基淬火液温度为30～40 ℃，590 ℃高温回火，分别保温5、6和7 h，工艺曲线如图5所示。所选PAG水基淬火液为LOTOS QUENCH 311水溶性淬火液，属聚烷乙二醇类高分子化合物，对

水有逆溶性。

2.2.1 42CrMo钢在8%PAG水基淬火液中淬火、高温回火后的组织性能

3种规格42CrMo钢经860 ℃加热、保温，在8%PAG水基淬火液中淬火、590 ℃回火后组织如图6和图7所示。由图6可见，心部组织为回火索氏体和铁素体，并随试样截面直径增大，心部铁素体量也相应增加。由图7可见，在距表面30 mm处为细小回火索氏体，没有铁素体，说明8%PAG水基淬火液冷却速度比光亮淬火G油冷却速度快。

3种规格42CrMo钢经860 ℃加热、保温，在8%PAG水基淬火液中淬火后，表面硬度均为53～54 HRC，590 ℃回火后，表面硬度为30～32 HRC(见表4)，截面硬度曲线如图8所示。从图8可见，在距表面35 mm处硬度为28～28.5 HRC，3种规格心部硬度分别为28.3、26.4和25.5 HRC。

3种规格42GrMo钢在8%PAG水基淬火液中淬火、590 ℃回火后力学性能见表5。由表5可知，3种规格42CrMo钢抗拉强度分别为990、960和935 MPa，伸长率分别为18.5%、17.5%和18%，断面收缩率分别为66%、64%和64%，冲击吸收能量平均值分别为111、113和141 J。抗拉强度>900 MPa，塑性、韧性指标非常高，冲击吸收能量高于在光亮淬火G油中淬火。说明在8%PAG水基淬火液中淬火后，硬化层较深，距表面30 mm内获得回火索氏体，塑、韧性好。

2.2.2 42CrMo钢在10%、12%PAG水基淬火液中淬火、高温回火后的组织性能

3种规格42CrMo钢经860 ℃加热、保温，分别在10%、12%PAG水基淬火液中淬

火、590 ℃回火后组织分别如图9～图12所示。由图9和图10可知，心部组织为回火索氏体和铁素体。φ100 mm×200 mm规格在10%、12%水基淬火液中淬火，铁素体量比较少，φ150 mm×200 mm和φ200 mm×200 mm规格在10%、12%PAG水基淬火液中淬火铁素体量不同，在12%水基淬火液中淬火，铁素体量增加，且有少量小块状铁素体出现。由图11和图12可见，3种规格42CrMo钢距表面30 mm内均为回火索氏体组织，说明10%、12%PAG水基淬火液冷却速度较快。

3种规格42CrMo钢经860 ℃加热、保温，在10%、12%PAG水基淬火液中淬火后表面硬度均为51～54 HRC，590 ℃回火后表面硬度为30～33 HRC(见表6)，截面硬度曲线如图13所示，力学性能见表7。由图13可见，在距表面35 mm内，3种规格42CrMo钢在10%、12%PAG水基淬火液中淬火后，硬度基本一致。3种规格42CrMo钢在10%水基淬火液中淬火、590 ℃回火后，距表面35 mm处硬度均为29 HRC，心部硬度分别为28、26和25.6 HRC，抗拉强度分别为990、980和910 MPa，伸长率为16.5%～17.5%，断面收缩率为64%～65%，冲击吸收能量为114～131 J；3种规格42CrMo钢在12%水基淬火液中淬火、590 ℃回火后，距表面35 mm处硬度为28.5～29 HRC，心部硬度分别为27、26和24 HRC，抗拉强度分别为965、920和860 MPa，伸长率为16.5%～17.5%，断面收缩率为63%～65%，冲击吸收能量为103～131 J。说明10%、12%PAG水基淬火液的冷却速度较快，3种规格42CrMo钢在10%、12%PAG水基淬火液中淬火、590 ℃回火后性能比较接近，特别是塑、韧性非常好。

2.3 分析与讨论

3种规格42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火，表面硬度为51～

54 HRC，590 ℃回火后，表面硬度为30～33 HRC。3种规格42CrMo钢在光亮淬火G油中淬火，表面硬度为36～44 HRC，540 ℃回火后，表面硬度为31～37 HRC。42CrMo钢在8%、10%和12% PAG水基淬火液中淬火，表面硬度明显高于在光亮淬火G油中淬火，说明8%、10%和12%PAG水基淬火液冷却速度快。冷速越快越能获得较大的淬硬层深度[8]。由试验数据可知，在PAG水基淬火液浓度相同的情况下，42CrMo钢调质随截面直径增大，心部硬度降低；相同截面直径，42CrMo钢调质随PAG浓度增加，心部硬度降低。由试样截面硬度数据和距表面30 mm处组织照片说明，42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火获得较深淬硬层深度，590 ℃回火后，在距表面30 mm处淬火得到全部回火索氏体。在8%和10%PAG水基淬火液中淬火，3种规格42CrMo钢淬硬层深度基本一致；φ100 mm×200 mm和φ150 mm×200 mm规格42CrMo钢在12% PAG水基淬火液中淬火和在8%、10% PAG水基淬火液中淬火，硬化层深度基本一致；而φ200 mm×200 mm规格42CrMo钢在12% PAG水基淬火液中淬火和在8%、10% PAG水基淬火液中淬火相比，硬化层深度稍浅。从心部金相组织照片可知，在光亮淬火G油和10%PAG水基淬火液中淬火，φ150 mm×200 mm和φ200 mm×200 mm规格42CrMo钢心部铁素体量基本一样；φ100 mm×200 mm规格42CrMo钢在光亮淬火G油中淬火比在PAG水基淬火液中淬火铁素体量较多；3种规格42CrMo钢在8%、10%和12%PAG水基淬火液中淬火，随PAG浓度增加，心部铁素体也增加。从力学性能试验数据可知，相同规格42CrMo钢调质，随PAG水基淬火液浓度增加，抗拉强度相应降低。当42CrMo钢抗拉强度>900 MPa时，8%和12%PAG水基淬火液调质的塑、韧性大大高于光亮淬火G油调质，可得到非常好的综合力学性能，使得在较高强度下，具有非常好的塑、韧性。

通过对3种规格42CrMo钢在不同浓度PAG水基淬火液中淬火、高温回火后组织性

能进行研究，得出如下结论。

1)在8%PAG水基淬火液中淬火，3种规格42CrMo钢可获得较深硬化层深度，淬火后表面硬度为53～54 HRC，590 ℃回火后，表面硬度为30～32 HRC，距表面35 mm处硬度为28～28.5 HRC，心部硬度为25.5～28.3 HRC，且随截面直径增加，心部硬度降低；距表面30 mm处为回火索氏体，心部为回火索氏体和少量铁素体，并随截面直径增加，心部铁素体增加；抗拉强度为935～990 MPa，伸长率为17.5%～18.5%，断面收缩率为64%～66%，冲击吸收能量为110～143 J。

2)在10%PAG水基淬火液中淬火，3种规格42CrMo钢可获得较深硬化层深度，淬火后表面硬度为52～54 HRC，590 ℃回火后，表面硬度为30～33 HRC，距表面35 mm处硬度为29 HRC，心部硬度为24～28 HRC；距表面30 mm处为回火索氏体组织，心部为回火索氏体和铁素体，并随截面直径增加，心部铁素体增加；抗拉强度为910～990 MPa，伸长率为16.5%～17.5%，断面收缩率为64%～65%，冲击吸收能量为114～131 J。

3)在12%PAG水基淬火液中淬火，3种规格42CrMo钢可获得较深硬化层深度，淬火后表面硬度为51～54 HRC，590 ℃回火后，表面硬度为30～32 HRC，距表面35 mm处硬度为28～29 HRC，心部硬度为23～27 HRC；距表面30 mm处为回火索氏体，心部为回火索氏体和铁素体，并随截面直径增加，心部铁素体增加，φ200 mm×200 mm规格42CrMo钢心部有少量块状铁素体出现；抗拉强度为860～965 MPa，伸长率为16.5%～17.5%，断面收缩率为63%～65%，冲击吸收能量为103～131 J。

【相关文献】

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