CN103184321A - 一种水溶性淬火介质添加剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性淬火介质添加剂，具有以下原料及其重量份数配比：氯化钠40～60份、海泡石10～30份、硅酸铝5～25份和磷酸钠5～25份。所述水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其步骤如下：将所述水溶性淬火介质添加剂做成粉末状；与水按照重量比为1:4～9的比例混合；搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。本发明的有益效果如下：本发明所述添加剂制成的水溶性淬火介质，可以使碳钢和低合金钢工件在高、中温区冷却速度比水快，在低温区（马氏体转变区）冷却速度不高于机油。不但能使工件淬硬，而且可降低工件的淬火内应力，减小工件的变形量，防止工件开裂。

Description

一种水溶性淬火介质添加剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及碳钢和低合金钢工件淬火热处理技术领域。

背景技术

碳钢和低合金钢工件淬火热处理冷却是为了让在加热和保温阶段形成的奥氏体不发生高温转变和中温转变，而在低温转变区形成马氏体。所以淬火介质造成的工件冷却速度必须大于临界冷却速度，才能避免高温转变和中温转变的发生；而在低温转变区，冷却速度越大造成的热应力和组织应力越大，可能使工件变形甚至开裂，而且此阶段的冷却速度并不影响马氏体的形成，故冷却速度慢一些为好。

根据碳钢和低合金钢过冷奥氏体的等温转变曲线（C曲线）可知，过冷奥氏体在650～500℃的范围内最不稳定，孕育期最短，转变的速度最快，高于或低于这个温度范围，过冷奥氏体都比较稳定，转变速度稍慢。所以淬火时要得到马氏体，并不需要在整个冷却过程中快速冷却，而是在650～500℃的范围内快速冷却即可。能使工件在650～500℃的范围内快速冷却，而在其他温度区较缓慢冷却的淬火介质，称为理想淬火介质。但目前本领域技术人员尚未找到此类廉价的理想淬火介质。

现代工业生产中，最常使用的淬火介质是水和机油等。水在650～500℃温度范围内的冷却能力很大，很容易使工件淬硬，但在300℃以下温度范围内冷却速度仍然很快，会产生大量淬火内应力，使工件韧性不足、变形甚至开裂。机油在300℃以下温度范围内冷却能力较小，工件不易淬裂，但在650～500℃温度范围内冷却能力不够大，比水的冷却能力差很多，故只用于合金钢工件的淬火。现代工业上也有用盐、碱、水玻璃、聚乙烯醇、氯化锌等配制成的水溶液作为淬火介质的，但这样的淬火介质往往存在严重的不足。故迫切需要寻找一种更理想的、廉价的水溶性淬火介质添加剂制成水溶性淬火介质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水溶性淬火介质添加剂及其使用方法，其制成的水溶性淬火介质不仅能够保证得到所需要的淬火组织，而且可降低工件的淬火内应力、减小工件的变形量、防止工件开裂，保证工件质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种水溶性淬火介质添加剂，具有以下原料及其重量份数配比：氯化钠40～60份、海泡石10～30份、硅酸铝5～25份和磷酸钠5～25份。

一种如上所述的水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其步骤如下：

（1）将所述水溶性淬火介质添加剂经过破碎、研磨和筛分，做成粉末状；

（2）将上述粉末状的水溶性淬火介质添加剂与水按照重量比为1:4～9的比例混合；

（3）将上述水溶性淬火介质添加剂和水搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。

上述添加剂占淬火介质的比例越大，淬火介质的高、中温度区冷却能力越强，低温区冷却能力越弱。经反复试验，得出上述添加剂占淬火介质总重量的10%～20%为佳。

氯化钠是无色透明的立方晶体，其粉末为白色，味咸，易溶于水而形成盐水。盐水可以在高温工件表面上析出氯化钠结晶体，并在高温作用下产生爆裂。

海泡石是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，其主要成分是硅酸镁，无毒、无异味、无公害、不燃烧，具有极强的吸附、脱色和分散特性，在电子显微镜下系由无数细丝聚在一起排成的片状。在水中呈网络状，是很好的悬浮剂和分散剂，本身是良好的隔音、隔热材料。

硅酸铝是化学惰性体，其不论在酸性介质中还是在碱性介质中都是稳定的，在水性介质中很容易润湿和分散，具有超细网络结构，是良好的悬浮剂和分散剂，本身也是良好的隔热材料。

磷酸钠是防锈添加剂，主要用于减少工件的锈蚀。

淬火冷却时，当炽热的工件进入本发明所述的水溶性淬火介质后，在650～500℃的高温区，工件表面周围的水被迅速加热、汽化形成蒸汽膜，因蒸汽是热的不良导体，其制约了水在高温区冷却能力的发挥，故工件的冷却速度迅速下降；同时，添加剂中的主要成分氯化钠等在工件表面析出，并被加热、爆裂，从而撕破蒸汽膜，于是淬火介质中的水又与工件表面接触，重新形成蒸汽膜，如此反复循环。可见，本发明所述的水溶性淬火介质相比于单一的水介质，增加了工件在高中温区的冷却速度。上述爆裂的氯化钠晶体被添加剂中的悬浮剂成分海泡石和硅酸铝悬浮在水中，随后再溶入水中。

在300℃以下低温区，工件表面析出的氯化钠晶体被硅酸镁、硅酸铝增厚加强，使工件表面产生的沉积物不再产生爆裂，形成的蒸汽膜不能再被撕裂，因此沉积物加蒸汽膜起到了良好的固汽双重隔热作用；另外，硅酸镁和硅酸铝本身都是良好的隔热材料，因此减缓了热的传导，导致工件的冷却速度大大降低，此时本发明所述的水溶性淬火介质的冷却能力一般不高于机油。而在室温附近，工件对表面沉积物的加热作用减弱，工件表面析出的淬火介质固体成分又重新溶入水中。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明所述添加剂制成的水溶性淬火介质，可以使碳钢和低合金钢工件在高、中温区冷却速度比水快，在低温区（马氏体转变区）冷却速度不高于机油。不但能使工件淬硬，而且可降低工件的淬火内应力，减小工件的变形量，防止工件开裂。

（2）本发明所述添加剂制成的淬火介质解决了碳钢和低合金钢工件长期以来采用传统单一淬火介质冷速过慢（如机油）或过快（如水）、冷却不均匀和工件容易变形开裂等问题。使淬火热处理冷却过程中，碳钢和低合金钢工件在加热保温阶段形成的奥氏体不发生高温转变和中温转变，而在低温转变区形成马氏体。

（3）本发明所述的添加剂加入水中形成的淬火介质无毒、无烟、无污染、不着火、不老化、使用安全、无环境污染、成本低，淬火介质可以多次使用，添加剂的补充量小。

具体实施方式

实施例1

一种水溶性淬火介质添加剂，采用下述重量份的原料制成：氯化钠40份、海泡石10份、硅酸铝5份和磷酸钠5份。

上述水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将上述水溶性淬火介质添加剂经过破碎、研磨和筛分，做成粉末状；

（2）将上述粉末状的水溶性淬火介质添加剂与水按照重量比为1:4～9的比例混合；

（3）将上述水溶性淬火介质添加剂和水搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。

实施例2

一种水溶性淬火介质添加剂，采用下述重量份的原料制成：氯化钠50份、海泡石20份、硅酸铝15份和磷酸钠15份。

上述水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将上述水溶性淬火介质添加剂经过破碎、研磨和筛分，做成粉末状；

（2）将上述粉末状的水溶性淬火介质添加剂与水按照重量比为1:4～9的比例混合；

（3）将上述水溶性淬火介质添加剂和水搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。

实施例3

一种水溶性淬火介质添加剂，采用下述重量份的原料制成：氯化钠60份、海泡石30份、硅酸铝25份和磷酸钠25份。

上述水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其具体步骤如下：

（1）将上述水溶性淬火介质添加剂经过破碎、研磨和筛分，做成粉末状；

（2）将上述粉末状的水溶性淬火介质添加剂与水按照重量比为1:4～9的比例混合；

（3）将上述水溶性淬火介质添加剂和水搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。

使用上述添加剂所制成的水溶性淬火介质用于45钢、GCr15钢等工件的淬火冷却，获得了较理想的马氏体组织，硬度均匀，且变形极小、无开裂。 

Claims (3)

1.一种水溶性淬火介质添加剂，其特征在于，具有以下原料及其重量份数配比：氯化钠40～60份、海泡石10～30份、硅酸铝5～25份和磷酸钠5～25份。

2.根据权利要求1所述的水溶性淬火介质添加剂，其特征在于，由下述重量份的原料制成：氯化钠50份、海泡石20份、硅酸铝15份和磷酸钠15份。

3.一种如权利要求1或2所述的水溶性淬火介质添加剂的使用方法，其特征在于，其方法步骤如下：

（1）将所述水溶性淬火介质添加剂经过破碎、研磨和筛分，做成粉末状；

（2）将上述粉末状的水溶性淬火介质添加剂与水按照重量比为1:4～9的比例混合；

（3）将上述水溶性淬火介质添加剂和水搅拌均匀，即可制成水溶性淬火介质。