CN103509530B - 一种冷却特性特别稳定的匀速冷却介质 - Google Patents
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Abstract
一种冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，匀速冷却介质为高分子聚合物的水溶液，高分子聚合物的水溶液包括聚乙烯基吡咯烷酮即PVP、羧甲基纤维素钠即CMC、聚丙烯酸钠即ACR，还包括消泡剂、防锈剂、杀菌剂。聚乙烯基吡咯烷酮占5-15%，羧甲基纤维素钠占3-8%，聚丙烯酸钠0-3%,其它各类添加剂占3-8%，其余为水；锻件产品在该“匀速冷却介质”浸冷，可协调表面和心部的冷却过程，能够有效控制锻后“二次偏析”，改善心部组织粗大等问题，为后续热处理做组织准备；同时“匀速冷却介质”具有清洁环保、无污染的特点，改善生产现场的操作环境，保证生产安全；代替传统粗放式的冷却方式，降低能耗；减少相关辅助设备的成本投入。
Description
技术领域
本专利涉及金属热加工技术领域，具体涉及铸造、锻造、热处理过程中使用的冷却介质领域。
背景技术
目前铸后、锻后、正火冷却方式大多采用沙冷、坑冷、空冷、风冷、雾冷等粗放式的冷却方式，两相区冷却速度相对缓慢，易造成带状组织的恶化和晶粒粗大等缺陷，严重影响热后的最终力学性能。传统方式同时存在冷却均匀性差的问题，使其锻坯组织的均匀性差，一是会造成热处理过程的变形难以有效控制，二是会造成锻坯硬度不均匀的现象，影响产品的机械加工性能，不利于干切技术的推广和发展，典型组织如图1所示。
采用强制风冷方式（如等温正火），同时存在冷却均匀性差的问题，使其锻坯表层的组织不均匀性，主要是不能保证同炉不同工件和同一工件不同截面冷却的均匀性，工件迎风面和背风面冷却性能对比如图2所示。风速越快，冷却的均匀性就越差，只能通过减少装炉量和增加工件的间距来改善。同时风冷速度对于锻坯的表面温度非常敏感，随着表面温度的降低而迅速降低，不能保证冷却的均匀性。此外，因为空气的热容小，风温的波动避免，风温高低对于风冷速度的影响会进一步恶化冷却均匀性。
发明内容
发明目的是克服传统冷却方式冷却能力不足和冷却不均匀的问题，提供一种以水为基的匀速冷却介质
技术方案：根据控制冷却的基本原理，需要控制一次冷却和二次冷却的冷却速度。一次冷却通过快速冷却降低高温扩散，防止晶粒粗大；二次冷却控制两相区冷却速度，通过快速冷却增大先析铁素体形核功，抑制碳和合金元素的长程扩散从而有效预防“二次带状”。为了保证冷却速度及其均匀性，冷却介质需具有如下特点：
（1）具有冷速可调的特点，根据不同的材质及锻坯形状尺寸，可获得介于淬火油和空气之间的冷却能力；
(2)具有优异的冷却均匀性，保证不同工件和工件的不同部位具有一致的冷却能力，满足组织和硬度均匀性的要求；
（3）具有较高的热容，同时具有较低的温度敏感性，随着工件表面温度的变化和介质温度的变化，其冷却能力仍能保证均匀性和稳定性。
本发明专利匀速冷却介质，其主要组成为聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚丙烯酸钠（ACR），还包括消泡剂、防锈剂、杀菌剂。聚乙烯基吡咯烷酮占5-15%，羧甲基纤维素钠占3-8%，聚丙烯酸钠0-3%,其它各类添加剂占3-8%，其余为水。其中聚乙烯基吡咯烷酮由N-乙烯基与吡咯烷酮聚合而成，5万-36万（最佳为10万-20万）。使用不同的配比，可以获得不同的冷却能力，以及不同的均匀冷却温度范围。
本专利匀速冷却介质为PVP-CMC体系和PVP-CMC-ACR体系，包括但不限于上述比例范围。消泡剂、防锈剂、杀菌剂等添加剂为其它功能性组分，对于冷却性能无影响，在本专利中不做限定。
本发明的匀速冷却介质的原液按以下配方进行配制：聚乙烯基吡咯烷酮占8%，羧甲基纤维素钠（CMC）占5%，三乙醇胺3%（防锈剂），高碳醇类消泡剂1%，异噻唑啉酮1%（杀菌剂），其余为水，其中聚乙烯基吡咯烷酮分子量15万-20万。其它匀速冷却介质可参考该配方进行比例调整，在此不再详述。
6、有益效果
（1）解决了冷却能力不均匀的问题；
（2）解决了传统冷却能力不足的问题；
（3）较低的温度敏感性。
7、附图说明
图1常见带状组织及粗大混合组织（X100）
图2工件迎风面和背风面冷却性能对比（ISO9950测试标准）
图3空气与20%匀速冷却介质冷却特性比较
图4淬火油与20%匀速冷却介质冷却特性比较
图5不同浓度匀速冷却介质冷却性能对比（10%、20%、30%）
图620%匀速冷却介质不同液温冷却性能对比（30℃、50℃、80℃）
具体实施方式
按上述配方，匀速冷却介质理化性能见下表：
表1匀速冷却介质的理化指标
本专利冷却特性的测试采用国际标准ISO9955,仪器使用瑞典IVF冷却特性测试仪。图3、图4和表2说明20%匀速冷却介质的冷却能力介于空气和淬火油之间，而且500℃以上能够满足匀速冷却的要求；图5可以看出20%-30%浓度的冷却特性基本相当，冷却特性对于浓度的变化并不敏感，能够保证冷却的稳定性；图6说明不同液温的冷却性能保持稳定，特别是500℃以上无明显变化。
表220%匀速冷却介质同空气、淬火油冷却性能比较
可见，“匀速冷却介质”通过浓度控制，可以得到介于空气和油之间的冷却能力，20%以上浓度的“匀速冷却介质”，500℃以上避免沸腾冷却阶段的产生。通过浓度控制500℃以上平均冷却能力控制在10-30℃/S。冷却过程中主要以辐射和对流的方式进行，保证冷却的均匀性。匀速冷却介质的冷却性能对于浓度、液温、工件表面温度变化的敏感性较低，能够保证冷却的均匀性和稳定性，具有极高的工程应用价值。如果锻件产品在该“匀速冷却介质”浸冷，可协调表面和心部的冷却过程，能够有效控制锻后“二次偏析”，改善心部组织粗大等问题，为后续热处理做组织准备。
同时“匀速冷却介质”具有清洁环保、无污染的特点，改善生产现场的操作环境，保证生产安全（减少灼伤）；代替传统粗放式的冷却方式，如雾冷、热风冷等，降低能耗；减少相关辅助设备的成本投入。
Claims (7)
1.一种冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，匀速冷却介质为高分子聚合物的水溶液，高分子聚合物的水溶液包括聚乙烯基吡咯烷酮即PVP、羧甲基纤维素钠即CMC、聚丙烯酸钠即ACR；聚乙烯基吡咯烷酮占5-15％，羧甲基纤维素钠占3-8％，聚丙烯酸钠0-3％,其余为水。
2.根据权利要求1所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，还包括消泡剂、防锈剂、杀菌剂。
3.根据权利要求2所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，防锈剂为三乙醇胺3％。
4.根据权利要求2所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，消泡剂为高碳醇类。
5.根据权利要求2所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，杀菌剂为异噻唑啉酮。
6.根据权利要求2所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，聚乙烯基吡咯烷酮占5-15％，羧甲基纤维素钠占3-8％，聚丙烯酸钠0-3％,其它各类添加剂占3-8％，其余为水。
7.根据权利要求3或4或5所述的冷却特性特别稳定的匀速冷却介质，其特征在于，聚乙烯基吡咯烷酮占8％，羧甲基纤维素钠占5％，三乙醇胺3％，高碳醇类消泡剂1％，异噻唑啉酮1％，其余为水。
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