CN102719629A

CN102719629A - 一种水溶性聚醚类淬火剂

Info

Publication number: CN102719629A
Application number: CN2012102210880A
Authority: CN
Inventors: 祖国胤; 王漪琼; 李小兵; 张精华; 卢日环
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102719629B

Abstract

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种水溶性聚醚类淬火剂。本发明的水溶性聚醚类淬火剂，其配方组成按重量比是：水溶性聚醚：乙二醇：葵二酸：单乙醇胺：硝酸钠：氯化钠=45:15:8:8:8:16，在使用时，需要将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚3~12%，乙二醇1~4%，葵二酸0.53~2.13%，硝酸钠0.53~2.13%，氯化钠1.06~4.26%的溶液，同时添加有占溶液重量0~1%的防锈剂和0~1%的防腐剂。本发明的水溶性聚醚类淬火剂具有特殊的冷却效应，冷却速度可调，淬透性好且均匀。同时具有材料来源广泛，造价低廉、经济实用、无毒、无污染、不易老化、不燃烧以及在马氏体区域内冷却速度适宜等优点。

Description

一种水溶性聚醚类淬火剂

技术领域

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种水溶性聚醚类淬火剂。

背景技术

为了提高机械产品的使用性能及寿命，充分发挥材料的潜能，人们常常要对机械零部件进行淬火热处理，为了使淬火后的金属及其合金的性能能够达到所需要求，人们一直在研究各种淬火剂。淬火剂一方面应当有足够的冷却能力，保证工件淬硬(得到尽可能多的马氏体) 和获得一定的淬硬层深度，另一方面也要尽量减小热应力与组织应力的有害作用。碳钢和低合金钢淬火冷却到650℃之前，奥氏体还比较稳定，允许以较慢的速度冷却，以减少工件因内外温差而引起的热应力，在650~450℃范围，要求有足够快的冷却速度(超过临界冷却速度)，在低于400℃特别是在Ms点以下，则应缓慢冷却，以减少组织应力，防止过大的畸变和淬裂。

目前通过对淬火介质广泛深入的研究，已出现了种类繁多的水溶性聚合物淬火剂以适应于不同材料、不同热处理工艺要求的需要，这些水溶性淬火剂避免了原有的以水为冷却介质存在的冷却特性不理想、在马氏体转变区附近冷速过快、工件淬火变形及开裂倾向大，以及以油为冷却介质存在的冷却速度慢，淬透性低的钢易淬不硬，污染环境、易着火、成本高、冷却速度变化范围小等缺点，但在使用中仍存在一定问题。有些聚合物淬火剂虽然价格低，但易腐败、易老化，需要经常更换淬火剂；有些聚合物淬火剂使用时易粘附在工件表面，难于清洗，冷却特性不稳定；有些聚合物淬火剂虽有稳定性好，耐老化性强等优点，但价格昂贵，不易推广使用。

发明内容

针对现有的淬火剂存在的问题，本发明提供一种水溶性聚醚类淬火剂，它具有特殊的冷却效应，冷却速度可调，淬透性好且均匀，从而达到改善淬火热处理后金属的物理性能的目的。同时具有材料来源广泛，造价低廉、经济实用、无毒、无污染、不易老化、不燃烧以及在马氏体区域内冷却速度适宜等优点。

本发明的水溶性聚醚类淬火剂，其配方组成按重量比是：水溶性聚醚：乙二醇：葵二酸：单乙醇胺：硝酸钠：氯化钠=45:15:8:8:8:16。

在使用时，需要将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚3~12%，乙二醇1~4%，葵二酸0.53~2.13%，硝酸钠0.53~2.13%，氯化钠1.06~4.26%的溶液，同时添加有占溶液重量0~1%的防锈剂和0~1%的防腐剂。

其中所述的水溶性聚醚是乙二醇正丙醚；

所述的防腐剂是亚硝酸钠；

所述的防锈剂是大连克诺尔清洗防腐工程有限公司生产的牌号为F731的防腐剂。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明的淬火剂中的水溶性聚醚在淬火时在高温区析出，能在工件表面起浸润作用，促使蒸汽膜较快破坏。当水溶性聚醚的浓度较大时，在淬火过程中能在工件表面形成沉积膜，起着隔热层的作用，使冷却速度下降。水溶性聚醚的浓度越大则沉积膜的厚度越大，沉积膜越厚，冷却过程中第二冷却阶段开始温度越低，持续时间越长。因此，淬火剂的浓度和最大冷速、最大冷速温度、特性温度成反比，和特性时间成正比，故本发明的淬火剂的冷却速度可以通过调整水溶性聚醚的浓度实现有效调节。而沉积膜的存在使散热比较均匀，从而可消除工件的软点，并减小工件的内应力，防止工件变形。测试结果表明，使用办发明的淬火剂进行淬火处理的工件，其硬度及综合机械性能完全满足产品要求的技术条件。

本发明的水溶性聚醚类淬火剂，能用于通过热加工手段获得的合金结构钢和碳素工具钢零件的可控淬火或二次加热时的可控淬火，还可用于传统淬火过程中代替水或油的马氏体淬火。本发明的水溶性聚醚类淬火剂原料来源广泛，造价低廉、经济实用，无毒、无污染，不易老化，不燃烧，在马氏体区域内冷却速度适宜，极具推广应用价值。

附图说明

图1是采用本发明实施例1-4的水溶性聚醚类淬火剂对工件进行淬火处理的冷却速度图。

具体实施方式

本发明的水溶性聚醚类淬火剂中各组成分为市购分析纯级试剂；

本发明实施例是采用ISO 9950标准规定的方法，使用

的Inconel 600中心偶热探头测试淬火处理的冷却速度，其结果如图1所示。

实施例1

本发明的水溶性聚醚类淬火剂，其化学组成按重量比是：水溶性聚醚：乙二醇：葵二酸：单乙醇胺：硝酸钠：氯化钠=45:15:8:8:8:16。

在使用时，将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚3%，乙二醇1%，葵二酸0.53%，硝酸钠0.53%，氯化钠1.06%的溶液，同时添加占溶液重量1%的防锈剂F731，1%的防腐剂亚硝酸钠。

采用其对齿轮钢进行淬火处理的冷却速度如图1中的曲线1所示。

实施例2

在使用时，将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚5%，乙二醇1.7%，葵二酸1.12%，硝酸钠1.12%，氯化钠2.25%的溶液，同时添加占溶液重量0.5%的防锈剂F731。

采用其对齿轮钢进行淬火处理的冷却速度如图1中的曲线2所示。

实施例3

在使用时，将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚8%，乙二醇2.7%，葵二酸1.42%，硝酸钠1.42%，氯化钠2.84%的溶液，同时添加占溶液重量0.5%的防腐剂亚硝酸钠。

采用其对齿轮钢进行淬火处理的冷却速度如图1中的曲线3所示。

实施例4

在使用时，将本发明的水溶性聚醚类淬火剂加水稀释成组成按重量百分比：水溶性聚醚12%，乙二醇4%，葵二酸2.13%，硝酸钠2.13%，氯化钠4.26%的溶液。

采用其对齿轮钢进行淬火处理的冷却速度如图1的曲线4所示，可以看出水溶性聚醚的浓度越大，淬火时冷却的速度越快。

采用本发明实施例1-4的水溶性聚醚类淬火剂对尺寸为φ18×56的40Cr齿轮钢于850℃进行淬火处理，保温30min，回火温度为520℃，然后分别采用自来水和30#机油对同样的齿轮钢进行同样的淬火处理，作为对比例，测定淬火后测试试样断面中心区域的硬度，其结果如表1所示。

表1 40Cr齿轮钢在水溶性聚醚类淬火剂、自来水和30#机油中淬硬及淬透性比较

齿轮钢的一般要求：淬火后HRC>55HRC，回火后HRC 41~50。从表1可以看出，30#机油淬火中有两件没有淬透，淬火后硬度全部低于HRC 55，回火后平均硬度值低于要求的最低值；经自来水淬火，淬透性和硬度值均满足要求，但试样有开裂倾向；而采用本发明的水溶性聚醚类淬火剂淬火后的试样均满足要求。

Claims

1.一种水溶性聚醚类淬火剂，其特征在于化学组成按重量比为：水溶性聚醚：乙二醇：葵二酸：单乙醇胺：硝酸钠：氯化钠=45:15:8:8:8:16。

2.根据权利要求1所述的一种水溶性聚醚类淬火剂，其特征在于所述的水溶性聚醚是乙二醇正丙醚。

3.根据权利要求1所述的一种水溶性聚醚类淬火剂的使用方法，其特征在于需要将其稀释成溶液，并同时添加有占溶液重量0~1%的防锈剂和0~1%的防腐剂，稀释后的溶液组成按重量百分比：水溶性聚醚3~12%，乙二醇1~4%，葵二酸0.53~2.13%，硝酸钠0.53~2.13%，氯化钠1.06~4.26%。

4.根据权利要求3所述的一种水溶性聚醚类淬火剂的使用方法，其特征在于所述的防腐剂是亚硝酸钠；所述的防锈剂牌号为F731。