CN104263886A - 淬火液组合物及其用途 - Google Patents

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陈晨
李谨
张志东
邓象贤
黄劲松
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents

Abstract

本发明涉及一种淬火液组合物及其用途，主要解决高淬透性材质工件在使用现有淬火液热处理加工时容易出现变形或开裂问题。本发明通过采用以重量份数计包括以下组分：a)30～70份的聚乙烯吡咯烷酮；b)0.5～10份的三乙醇胺；c)0.5～10份的防锈剂；d)0.5～5份的杀菌剂；e)0.005～0.3份的消泡剂；f)5～60份的水的技术方案较好地解决了该问题，可用于高合金结构钢40CrNiMo、40CrMnMo的铸、锻件，高碳、高锰的高速钢轨材料和高合金钢的模具钢的淬火。

Description

淬火液组合物及其用途
技术领域
本发明涉及一种淬火液组合物及其用途。
背景技术
热处理淬火介质是金属零件进行热处理时的冷却介质，包括空气、水、淬火油及水基淬火液等。其中，淬火油目前用量最大，广泛应用于汽车、工模具、轴承、紧固件、风电及家用电器等行业，其在低温冷却阶段冷速缓慢有利于减少工件淬火变形或开裂，但存在高温冷却阶段冷速不够快，对于一些淬透性差或大型工件容易产生硬度不足，以及现场易产生油烟从而带来安全环保方面等问题。
而水溶性聚合物淬火液凭借其无毒、无油烟、不燃烧、使用安全可靠、冷却速度可调等优点，已在某些领域替代了传统的淬火油，是未来新型淬火介质的发展方向。文献CN103014266A公开了一种聚合物合成淬火液，包括水、聚乙烯醇、苯甲酸钠、苯并三氮唑、乳化硅油、pH值调节剂。文献CN102643963A公开了一种环保水溶性淬火液，由以下重量组分组成：聚醚25～90％、水2～50％、三乙醇胺0.1-～10％、防腐蚀剂0.1～10％、抑垢剂0.1～5％、清洗分散剂0.1～5％、消泡剂0.01～0.1％、杀菌剂0.1～3％、其中所述的聚醚分子量为30000～50000。文献CN102816905A公开了一种合成型水性淬火液，按重量百分比包括复合PAG、催冷剂、抗氧剂。文献CN102942690A公开了一种环保型水溶防锈淬火液，由以下重量百分比的组分组成：聚氧丙烷二乙二醇硼酸酯聚合物(含少量氢氧化钾、乙二醇聚丙醚和硼酸钾盐)40～80％；硼酸钾2～3％；山梨酸钾0.1～0.5％；水余量。
目前市场上常见的聚合物淬火液在使用时高中温区和低温区冷却阶段冷速比油快，工件淬火后硬度等指标较高，适用于中低淬透性钢工件；但由于其在低温阶段冷却速度比油快，对于高淬透性钢工件淬火后容易出现变形或开裂以及长期使用现场泡沫过多等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是高淬透性材质工件在使用现有淬火液热处理加工时容易出现变形或开裂问题，提供一种新的淬火液组合物。该淬火液组合物具有良好的冷却性能，高中温区冷却速度快，能够充分淬硬工件，并且低温区冷却速度具有类似淬火油的冷却特性，从而有效降低了工件淬火变形和开裂的风险，提高了工件表面质量，同时现场使用泡沫少。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种所述淬火液组合物的用途。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种淬火液组合物，以重量份数计包括以下组分：
a)30～70份的聚乙烯吡咯烷酮；
b)0.5～10份的三乙醇胺；
c)0.5～10份的防锈剂；
d)0.5～5份的杀菌剂；
e)0.005～0.3份的消泡剂；
f)5～60份的水。
上述技术方案中，优选地，以重量份数计，聚乙烯吡咯烷酮的用量为30～70份，三乙醇胺的用量为0.5～10份，防锈剂的用量为0.5～10份，杀菌剂的用量为0.5～5份，消泡剂的用量为0.005～0.3份，水的用量为5～60份。
上述技术方案中，优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200000～500000。
上述技术方案中，优选地，所述防锈剂选自硼酸、硼酸酯、多元羧酸、羧酸胺或羧酸醇铵盐中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述杀菌剂选自三嗪、亚甲基双吗啉或二甲基噁唑烷中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述消泡剂选自改性有机硅、聚醚有机硅、高分子聚硅、纳米硅、聚醚或聚乙二醇中的至少一种。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：所述淬火液组合物用于高合金结构钢40CrNiMo、40CrMnMo的铸、锻件，高碳、高锰的高速钢轨材料和高合金钢的模具钢的淬火。
本发明淬火液组合物的制备方法如下：将正确计量的水加入调合釜，依次加入所需量的聚乙烯吡咯烷酮、三乙醇胺、防锈剂、杀菌剂、消泡剂，在常温下搅拌2～10小时即得到无色透明液体。
本发明的淬火液组合物由于充分利用了聚乙烯吡咯烷酮和三乙醇胺、防锈剂、杀菌剂、消泡剂的协同作用，该淬火液组合物在高温区冷却速度快、低温区冷却速度具有类似淬火油的冷却特性，从而有效降低了工件淬火变形和开裂的风险，提高了工件表面质量，同时具有抗泡性好、无毒、无油烟、安全环保、免清洗的优点。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1～6】
将正确计量的水加入调合釜，依次加入所需量的聚乙烯吡咯烷酮和三乙醇胺、防锈剂、杀菌剂、消泡剂，在常温下搅拌2～10小时即得到无色透明液体。
淬火液组合物中各组分及含量见表1，其相应性能指标结果见表2。表1中，
硼酸酯：上海宏泽化工有限公司；羧酸胺：上海宏泽化工有限公司
多元羧酸：上海裕诚化工有限公司；聚醚有机硅：上海裕诚化工有限公司
高分子聚硅：上海裕诚化工有限公司；纳米硅：上海裕诚化工有限公司
三嗪：上海裕诚化工有限公司；亚甲基双吗啉：上海裕诚化工有限公司
二甲基噁唑烷：上海裕诚化工有限公司；硅氧烷：思敏化工贸易(上海)有限公司
消泡性试验：将被测试液倒入100mL具塞量筒中，使液面在50mL处盖好塞子，上下摇动0.5min，上下摇动的距离约为0.3m，摇动频率约为100～120次/min。然后，在室温下静置10min，观察液面残留泡沫体积。
【实施例1～4】对不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮进行冷却性能考察。当分子量范围为200000～500000时，其最大冷速和最大冷速所在温度比快速淬火油高很多，与市场常见聚醚淬火液相近，能够充分淬硬工件；其低温区300℃冷却速度(15～25℃/S)与快速淬火油(10～30℃/S)相近，可以有效降低高淬透性材质工件在使用现有淬火液热处理时易出现的变形或开裂问题；且同等浓度下分子量越长，其300℃冷却速度越慢。
消泡性试验数据看出，本发明淬火液组合物产生泡沫少，消泡速度快，优于常见产品。
【对比例1～5】
当聚乙烯吡咯烷酮分子量范低于40000时，虽然其最大冷速和最大冷速所在温度比快速淬火油高很多，与市场常见聚醚淬火液相近，能够充分淬硬工件；但其低温区300℃冷却速度(45～65℃/S)比快速淬火油(10～30℃/S)快很多，对于高淬透性材质工件淬火时易出现变形或开裂问题；且同等浓度下分子量越小，其300℃冷却速度越快。
当聚乙烯吡咯烷酮与聚醚在使用浓度、分子量相当(如200000)时，聚乙烯吡咯烷酮在300℃冷却速度缓慢，有利于降低高淬透性材质工件热处理时的变形或开裂。
消泡性试验数据看出，本发明淬火液组合物产生泡沫少，消泡速度快，优于常见产品。
【实施例7】
将【实施例1～4】的淬火液组合物用于高淬透性材质工件淬火工艺。在某重型机械厂现场使用过程中，高合金钢材质工件淬火后没有出现变形或开裂的现象，工件表面质量较好，硬度、层深、金相组织等指标满足要求；同时具有现场泡沫很少、无毒、无油烟、安全环保、免清洗等优点。

Claims (7)

1.一种淬火液组合物，以重量份数计包括以下组分：
a)30～70份的聚乙烯吡咯烷酮；
b)0.5～10份的三乙醇胺；
c)0.5～10份的防锈剂；
d)0.5～5份的杀菌剂；
e)0.005～0.3份的消泡剂；
f)5～60份的水。
2.根据权利要求1所述的淬火液组合物，其特征在于以重量份数计，聚乙烯吡咯烷酮的用量为30～70份，三乙醇胺的用量为0.5～10份，防锈剂的用量为0.5～10份，杀菌剂的用量为0.5～5份，消泡剂的用量为0.005～0.3份，水的用量为5～60份。
3.根据权利要求1所述的淬火液组合物，其特征在于所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200000～500000。
4.根据权利要求1所述的淬火液组合物，其特征在于所述防锈剂选自硼酸、硼酸酯、多元羧酸、羧酸胺或羧酸醇铵盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的淬火液组合物，其特征在于所述杀菌剂选自三嗪、亚甲基双吗啉或二甲基噁唑烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的淬火液组合物，其特征在于所述消泡剂选自改性有机硅、聚醚有机硅、高分子聚硅、纳米硅、聚醚或聚乙二醇中的至少一种。
7.权利要求1～6任一所述的淬火液组合物的用途，其特征在于所述淬火液组合物用于高合金结构钢40CrNiMo、40CrMnMo的铸、锻件，高碳、高锰的高速钢轨材料和高合金钢的模具钢的淬火。
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