CN106591548B - 一种丙三醇水溶液淬火冷却介质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种丙三醇水溶液淬火冷却介质，该淬火介质采用丙三醇为水溶液为主要成分，通过添加微量其它成分，形成一种在碳素钢珠光体转变阶段具有比淬火油更快冷却速度，在马氏体转变阶段具有比水更慢的冷却速度的新型水基有机化合物淬火冷却介质。该新型淬火介质的特点是，既能在淬火过程中保持较快的冷却速度，又能减少零部件的变形与开裂，并且整个淬火过程不冒烟、不起火、无毒环保，而且制备成本低廉。

Description

一种丙三醇水溶液淬火冷却介质及其制备方法
技术领域
本发明属于热处理淬火冷却介质的设计与制备的技术领域，具体涉及一种水基简单有机化合物新型淬火冷却介质。
背景技术
热处理过程中淬火介质的选择与应用直接影响到机械零部件工件的淬火质量与力学性能。理想的淬火冷却介质应当是高温区具有快速的冷却速度，而低温区具有相对平缓的冷却速度。众所周知，传统的淬火介质有水、淬火油、熔盐熔碱、聚合物类水溶性淬火剂等，其中水是淬火介质中最为常见的一种，在淬火过程中，水作为淬火介质有着很强的冷却速度，能够以很快的淬火速度通过珠光体转变区，从而避免在淬火过程中产生非马氏体组织，造成淬火软点，影响工件的力学性能，但由于水过快的冷却速度，导致在马氏体转变温度区域，较快的冷却速度带来过大的淬火应力使工件常常发生变形与开裂现象。油类淬火介质常见的淬火油有机油，光亮淬火油，油作为淬火介质大大减慢了淬火过程中冷却速度，经油淬火后的工件几乎不发生开裂和变形现象，但其缺点同样明显，由于油在淬火过程中缓慢的冷却速度，常常会导致在珠光体转变阶段产生部分珠光体型组织，造成淬火软点，难以满足高品质机械零部件构件的淬火要求，并且淬火过程中伴随起火和浓烟，作业环境不够环保。聚合物类的淬火介质，最为常用的是PAG，这类的水溶液有着较好的淬火效果，但相对于其它淬火介质，对于这种聚合物高分子淬火介质存在易老化和需要频繁维护的缺点，同时价格昂贵也是这类淬火介质的另一不足。鉴于丙三醇是一种无毒环保型的简单有机物，有较好的化学稳定性和导热性常用来作为汽车的防冻剂，同时考虑到生物柴油在国际市场上的兴起，其主要副产品丙三醇产量迅速增加，如何扩展其使用范围得到了人们的广泛的关注。基于上述理由，本发明提出一种以丙三醇水溶液为主要的成分的新型淬火介质。
发明内容
本发明采用丙三醇水溶液为主要成分，通过添加微量其它成分，形成一种在碳素钢珠光体转变阶段具有比淬火油更快冷却速度，在马氏体转变阶段具有比水更慢的冷却速度的新型水基有机化合物淬火冷却介质。该新型淬火介质的特点是，既能在淬火过程中保持较快的冷却速度，又能减少零部件的变形与开裂，并且整个淬火过程是无毒环保，而制备成本又明显低于PAG类等淬火介质。
本发明是通过以下技术方案实现的：
按一定的体积百分比将丙三醇(化学纯)和水(蒸馏水或去离子水)配成丙三醇水溶液，加入抗老化剂、防锈剂、消泡剂、冷速调整剂，通过机械搅拌均匀混合配制成丙三醇水溶液，并静置24小时。
该淬火介质的配方为：
丙三醇(化学纯)：3～5％(体积百分比)
蒸馏水(或去离子水)：95％～97％(体积百分比)
添加剂(重量百分比)：0.04％抗老化剂；0.1％防锈剂；0.01％消泡剂；0.4％冷速调整剂
上述抗老化剂为水杨酸；防锈剂为硼砂；消泡剂为聚乙二醇(平均分子量为400)；冷速调整剂为聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量为1300000)。
本发明的有益之处为：
本发明的淬火介质的冷却特性好，在中碳钢的珠光体转变温度区域的冷却速度高于淬火油的冷却速度，在马氏体转变区域的冷却速度慢于水的冷却速度，具有接近理想淬火介质的冷却特性，工件淬火过程中基本无开裂。在淬火过程中不起火、不冒烟，淬火过程环保无危害。由于配方中的原料简单易得，因此本发明的新型淬火介质的制备成本相对低廉。
附图说明
图1为5％丙三醇溶液、水和淬火油的淬火冷却速度-温度关系图
图2为45钢经5％丙三醇溶液淬火后的金相组织
图3为45钢经5％丙三醇溶液淬火后的硬度分布
图4为3％丙三醇溶液、水和淬火油的淬火冷却速度-温度关系图
图5为45钢经3％丙三醇溶液淬火后的金相组织
图6为45钢经3％丙三醇溶液淬火后的硬度分布
具体实施方式
实施例1
按体积百分比5：95，将丙三醇(化学纯)和蒸馏水水配成丙三醇水溶液，加入下述添加剂(按丙三醇水溶液的重量百分比)：0.04％抗老化剂；0.1％防锈剂；0.01％消泡剂；0.4％冷速调整剂。上述抗老化剂为水杨酸；防锈剂为硼砂；消泡剂为聚乙二醇(平均分子量为400)；冷速调整剂为聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量为1300000)，通过机械搅拌均匀混合配制成淬火冷却介质，并静置24小时。
采用型淬火冷却速度测定仪对三种不同的淬火介质进行测试，研究发现在高温区(珠光体转变阶段)，5％丙三醇淬火介质冷却速度比淬火油快；在低温区(马氏体转变阶段)，5％丙三醇淬火介质的冷却速度比水慢；结果如图1所示。
以45钢样品为测试对象，将45钢样品置入电阻炉中加热至860后保温15分钟，取出进行淬火冷却，淬火后得到板条马氏体加少量残余奥氏体组织，如图2所示。采用洛氏硬度计测试淬火后的硬度，结果得到硬度分布如图3所示。
实施例2
按体积百分比3：97，将丙三醇(化学纯)和蒸馏水水配成丙三醇水溶液，加入下述添加剂(按丙三醇水溶液的重量百分比)：0.04％抗老化剂；0.1％防锈剂；0.01％消泡剂；0.4％冷速调整剂。上述抗老化剂为水杨酸；防锈剂为硼砂；消泡剂为聚乙二醇(平均分子量为400)；冷速调整剂为聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量为1300000)，通过机械搅拌均匀混合配制成淬火冷却介质，并静置24小时。
采用型淬火冷却速度测定仪对三种不同的淬火介质进行测试，研究发现在高温区(珠光体转变阶段)，3％丙三醇淬火介质冷却速度比淬火油快；在低温区(马氏体转变阶段)，3％丙三醇淬火介质的冷却速度比水慢；结果如图4所示。
以45钢样品为测试对象，将45钢样品置入电阻炉中加热至860后保温15分钟，取出进行淬火冷却，淬火后得到板条马氏体加少量残余奥氏体组织，如图5所示，采用洛氏硬度计测试淬火后的硬度，结果得到硬度分布如图6所示。

Claims (5)

1.一种丙三醇水溶液淬火冷却介质，其特征在于，是以丙三醇水溶液为主要成分，其中丙三醇和水的体积比为：3～5:95～97。
2.根据权利要求1所述的一种丙三醇水溶液淬火冷却介质，其特征在于，还含有按照丙三醇水溶液重量百分比0.04％抗老化剂；0.1％防锈剂；0.01％消泡剂；0.4％冷速调整剂。
3.根据权利要求2所述的一种丙三醇水溶液淬火冷却介质，其特征在于，其中上述抗老化剂为水杨酸；防锈剂为硼砂；消泡剂为平均分子量为400的聚乙二醇；冷速调整剂为平均分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种丙三醇水溶液淬火冷却介质，其特征在于，上述丙三醇为化学纯，水为蒸馏水或去离子水。
5.根据权利要求4所述的一种丙三醇水溶液淬火冷却介质的制备方法，其特征在于，按一定的体积百分比将化学纯丙三醇和蒸馏水或去离子水配成丙三醇水溶液，加入抗老化剂、防锈剂、消泡剂、冷速调整剂，通过机械搅拌均匀混合配制成丙三醇水溶液，并静置24小时。
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