CN103397151B - 一种针对大型轴的专用淬火剂及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对大型轴的专用淬火剂及其制造方法，属于淬火剂领域。其组成成份为氯化钠、氢氧化钠、柠檬酸钠、顺丁烯二酸、甲基磺草酮、藕粉、丙烯酸、对甲苯酚、嗪草酮和水。该淬火剂通过添加合理的组分以及严格控制的组分配比，对于材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴淬火时，工件在650~450℃范围的冷却速度快，400℃以下的冷却速度慢，不但能获得良好的淬火效果，而且还能避免淬裂情况的发生，该淬火剂的制造方法，通过控制原料的温度以及添加顺序，确保该淬火剂中各个组分完全弥散、均匀分布，使得该淬火剂的形态接近于胶体状，降低400℃以下的冷却速度。
Description
技术领域
本发明属于淬火剂及其加工技术领域，具体地说，涉及一种针对大型轴的专用淬火剂及其制造方法，更具体地说，涉及一种用于材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴的专用淬火剂。
背景技术
钢在淬火后的性能取决于钢在淬火后的微观组织，而淬火微观组织决定于钢的成分、零件的大小和淬火冷却速度。改善钢件淬透效果有两个有效途径：一是提高原料的合金元素含量使C曲线右移；二是提高淬火冷却速度。后者简单易行成本较低，是改善钢件淬火质量的有效途径，同时，淬火热应力和组织应力大小取决于冷却速度和冷却的均匀性（即表面湿润均匀性），避免工件淬火过程变形开裂是热处理工艺制定中必须考虑的问题，因此，控制冷却速度和冷却的均匀性对于淬火工艺优化有重要意义，淬火介质应具有合适的冷却特性，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，低于Ms点以下冷却速度应该降到很低，以减少组织应力，防止过大的畸变和淬裂，不同钢种的奥氏体最不稳定区的温度区间不同，因此理想的冷却曲线因不同钢种的奥氏体动力学曲线而异，想要得到能适合各种钢材及不同尺寸工件的淬火介质实际上是不可能的，必须了解各种淬火介质的冷却特性，以便根据不同钢种的具体零件选用合适的淬火介质和合理的淬火方法。
随着科技的进步，工业生产中用到的轴的直径越来越大，尤其是以材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴居多，但是对于这类直径较大的工件的淬火一直是热处理工艺生产中较难进行的一类淬火，由于其体积大，蕴含热量高，淬硬性及淬透性要求高，普通淬火油及水溶性淬火液无法实现其需要的冷却速度，从而无法满足零件的机械性能及微观组织要求，而且这种轴的生产成本高，一旦淬裂，将会产生较大的利益损失，这从一方面又加大了这种轴的生产成本。而为了防止该种轴的淬裂，迫切需要研发新的淬火剂，能确保该种工件不淬裂。这种工件由于体积较大，内部储存的热量较多，芯部的热量能快速补充到工件表面，所以淬火时工件冷却的前期（680℃以上）各种淬火剂的差别不大，而要获得良好的淬火效果以及保证不淬裂，一方面要加快650 ~ 450℃范围的冷却速度，同时要降低400℃以下时工件的冷却速度。
发明内容
要解决的问题
针对材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴易碎裂，没有专门的淬火剂，生产成本高、风险大，需要研发新的淬火剂的问题，本发明提供一种针对大型轴的专用淬火剂及其制造方法，该淬火剂通过添加合理的组分以及严格控制的组分配比，对于材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴淬火时，工件在650 ~ 450℃范围的冷却速度快，400℃以下的冷却速度慢，不但能获得良好的淬火效果，而且还能避免淬裂情况的发生，该淬火剂的制造方法，通过控制原料的温度以及添加顺序，确保该淬火剂中各个组分完全弥散均匀分布，使得该淬火剂的形态接近于胶体状，降低400℃以下的冷却速度。
技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种针对大型轴的专用淬火剂，其组成成份及重量百分比为：
氯化钠1.0 ~ 3.0%；
氢氧化钠0.5 ~ 1.2%；
柠檬酸钠 1.8 ~ 2.0%；
顺丁烯二酸 1.2 ~ 1.6%；
甲基磺草酮0.5 ~ 1.5%；
藕粉4.0 ~ 5.0%；
丙烯酸0.6~ 1.0%；
对甲苯酚0.01 ~ 0.03%；
嗪草酮0.1~ 0.15%；
余量为水。
优选地，其组成成份及重量百分比为：
氯化钠2.0 %；
氢氧化钠0.8%；
柠檬酸钠1.9%；
顺丁烯二酸1.5%；
甲基磺草酮1.0%；
藕粉4.5%；
丙烯酸0.8%；
对甲苯酚0.02%；
嗪草酮0.13%；
余量为水。
一种针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，其步骤为：
（1）将氯化钠和氢氧化钠溶解于温度为10~ 25℃的水中，搅拌10 ~ 20min，得到混合溶液；
（2）将步骤（1）中的混合溶液加热到30~ 40℃，加入甲基磺草酮、柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌15-20min；
（3）将步骤（2）中得到混合溶液静置冷却，等温度到20℃时加入淀粉，搅拌60-80min；
（4）将步骤（3）中得到的混合溶液置于-25 ~ -10℃的环境中冷冻30-60 min，得到冷冻的混合溶液；
（5）将步骤（4）中得到的冷冻的混合溶液加热到30~ 40℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和嗪草酮，搅拌60 ~ 100min，然后继续加热到90 ~ 95℃，再搅拌10 ~ 20min；
以上用到的各物质的重量百分比为：氯化钠1.0 ~ 3.0%；氢氧化钠0.5 ~ 1.2%；柠檬酸钠 1.8 ~ 2.0%；顺丁烯二酸 1.2 ~ 1.6%；甲基磺草酮0.5 ~ 1.5%；藕粉4.0 ~ 5.0%；丙烯酸0.6~ 1.0%；对甲苯酚0.01 ~ 0.03%；嗪草酮0.1~ 0.15%；余量为水。
优选地，所述的各物质的重量百分比为：氯化钠2.0 %；氢氧化钠0.8%；柠檬酸钠1.9%；顺丁烯二酸1.5%；甲基磺草酮1.0%；藕粉4.5%；丙烯酸0.8%；对甲苯酚0.02%；嗪草酮0.13%；余量为水。
本发明淬火剂各个物质的含量特别重要，例如，丙烯酸如果过多，则会对工件造成损伤，过少则发挥不了作用，甲基磺草酮和嗪草酮过多不但不能加快工件在650 ~ 450℃范围的冷却速度，反而会降低在该温度段的冷却速度；对甲苯酚过多则无法溶解，混合不均匀，过少则要增加顺丁烯二酸的用量，而且效果差；顺丁烯二酸、柠檬酸钠和藕粉的加入量如果过大会降低淬火剂的流动性，不单单降低了工件冷却到400℃以下时的冷却速度，而且也降低了工件在650 ~ 450℃范围的冷却速度，所以这些物质的含量要严格按照配比使用。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明淬火剂的组成成份为氯化钠、氢氧化钠、柠檬酸钠、顺丁烯二酸、甲基磺草酮、藕粉、丙烯酸、对甲苯酚、嗪草酮和水，氯化钠、甲基磺草酮和嗪草酮的加入，加快了工件在650 ~ 450℃范围的冷却速度，丙烯酸和氢氧化钠能够剥离工件表面多余氧化皮而且还能起到防腐的作用；本发明中顺丁烯二酸、柠檬酸钠和藕粉的加入，确保了本淬火剂在650 ~ 450℃范围的冷却速度，同时，本淬火剂接近于胶体状，当工件冷却到400℃左右时，其水分会蒸发一部分，进一步增加了淬火剂的粘度，淬火剂的流动性降低，此时工件的冷却速度也急剧降低，避免了工件的淬裂；
（2）本发明的针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，通过控制原料的添加顺序以及温度和搅拌时间，确保该淬火剂中各个组分完全弥散均匀分布，使得该淬火剂满足淬火要求，使初始的冷却速度和400℃以下的冷却速度大大降低，而在650 ~ 450℃范围，有足够快的冷却速度，在保证淬火效果的同时，确保产品不淬裂；
（3）本发明的淬火剂专门用于材料为45#钢，直径在1.8-3.5m之间的轴的淬火，不但效果好，而且使得工件不报废，降低了热处理成本；
（4）本发明的针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，不但淬火效果好、淬火成本低，而且有害物质挥发少，能够确保生产车间有个良好的生产环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，其步骤为：
（1）将氯化钠和氢氧化钠溶解于温度为10℃的水中，搅拌20min，得到混合溶液；
（2）将步骤（1）中的混合溶液加热到30℃，加入甲基磺草酮、柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌20min；
（3）将步骤（2）中得到混合溶液静置冷却，等温度到20℃时加入淀粉，搅拌60min；
（4）将步骤（3）中得到的混合溶液置于-10℃的环境中冷冻30min，得到冷冻的混合溶液；
（5）将步骤（4）中得到的冷冻的混合溶液加热到35℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和嗪草酮，搅拌80min，然后继续加热到93℃，再搅拌15min；
以上用到的各物质的重量百分比为：氯化钠2.0 %；氢氧化钠0.8%；柠檬酸钠1.9%；顺丁烯二酸1.5%；甲基磺草酮1.0%；藕粉4.5%；丙烯酸0.8%；对甲苯酚0.02%；嗪草酮0.13%；余量为水。
得到的淬火剂用于对处理材料为45#钢，直径在2.2m的轴进行淬火处理，淬火后无裂纹产生，表面淬火硬度为HRC56，200℃回火处理后表面淬火硬度为HRC55，完全合格。
实施例2
一种针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，其步骤为：
（1）将氯化钠和氢氧化钠溶解于温度为25℃的水中，搅拌10min，得到混合溶液；
（2）将步骤（1）中的混合溶液加热到40℃，加入甲基磺草酮、柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌15min；
（3）将步骤（2）中得到混合溶液静置冷却，等温度到20℃时加入淀粉，搅拌80min；
（4）将步骤（3）中得到的混合溶液置于-25的环境中冷冻60 min，得到冷冻的混合溶液；
（5）将步骤（4）中得到的冷冻的混合溶液加热到30℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和嗪草酮，搅拌100min，然后继续加热到95℃，再搅拌10 min；
以上用到的各物质的重量百分比为：氯化钠3.0%；氢氧化钠0.5 %；柠檬酸钠2.0%；顺丁烯二酸 1.2 %；甲基磺草酮1.5%；藕粉4.0；丙烯酸1.0%；对甲苯酚0.01；嗪草酮 0.15%；余量为水。
得到的淬火剂用于对处理材料为45#钢，直径在3.5m的轴进行淬火处理，淬火后无裂纹产生，表面淬火硬度为HRC55，1850℃回火处理后表面淬火硬度为HRC54，完全合格。
实施例3
一种针对大型轴的专用淬火剂的制备方法，其步骤为：
（1）将氯化钠和氢氧化钠溶解于温度为19℃的水中，搅拌15min，得到混合溶液；
（2）将步骤（1）中的混合溶液加热到35℃，加入甲基磺草酮、柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌18min；
（3）将步骤（2）中得到混合溶液静置冷却，等温度到20℃时加入淀粉，搅拌70min；
（4）将步骤（3）中得到的混合溶液置于-20℃的环境中冷冻40 min，得到冷冻的混合溶液；
（5）将步骤（4）中得到的冷冻的混合溶液加热到40℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和嗪草酮，搅拌60 min，然后继续加热到90，再搅拌20min；
以上用到的各物质的重量百分比为：氯化钠1.0%；氢氧化钠1.2%；柠檬酸钠 1.8%；顺丁烯二酸 1.6%；甲基磺草酮0.5%；藕粉5.0%；丙烯酸0.6%；对甲苯酚 0.03%；嗪草酮0.1%；余量为水。
得到的淬火剂用于对处理材料为45#钢，直径在1.8m的轴进行淬火处理，淬火后无裂纹产生，表面淬火硬度为HRC58，210℃回火处理后表面淬火硬度为HRC57，完全合格。
Claims (2)
1.一种针对大型轴的专用淬火剂，其特征在于：其组成成份及重量百分比为：
氯化钠1.0 ~ 3.0%；
氢氧化钠0.5 ~ 1.2%；
柠檬酸钠 1.8 ~ 2.0%；
顺丁烯二酸 1.2 ~ 1.6%；
甲基磺草酮0.5 ~ 1.5%；
藕粉4.0 ~ 5.0%；
丙烯酸0.6~ 1.0%；
对甲苯酚0.01 ~ 0.03%；
嗪草酮0.1~ 0.15%；
余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种针对大型轴的专用淬火剂，其特征在于：其组成成份及重量百分比为：
氯化钠2.0 %；
氢氧化钠0.8%；
柠檬酸钠1.9%；
顺丁烯二酸1.5%；
甲基磺草酮1.0%；
藕粉4.5%；
丙烯酸0.8%；
对甲苯酚0.02%；
嗪草酮0.13%；
余量为水。
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