CN110157873A - 一种合金钢环保型水基淬火剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及淬火剂技术领域，具体涉及到一种合金钢环保型水基淬火剂。一种合金钢环保型水基淬火剂，包括如下组分：聚丙烯酰胺、硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲、水。本发明所提供的淬火剂冷却速度分布合理，冷却均匀性好，且能有效保证工件内部组织的均匀一致性和性能的均一性，淬透性强，硬度高并且均匀，不淬裂，使用量少，可减少贵金属的加入量，降低原材料的生产成本，安全无污染，不着火，适用于低合金钢零件的淬火处理。
Description
技术领域
本发明属于淬火剂技术领域，更具体地，本发明涉及一种合金钢环保型水基淬火剂。
背景技术
淬火是将金属工件加热到相变温度以上，保温后在淬火介质中急剧冷却得到马氏体组织的过程。通过淬火工艺，能达到提高或调整工件的硬度以及耐磨性等目的。
淬火剂是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。淬火剂主要用于各类碳素钢，低合金结构钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢制工件做增体浸淬和感应加热淬火。当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时，液体有机聚合物会在金属表面沉积，形成一层薄膜，可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却。
传统的低碳合金钢单一介质淬火都是连续降温冷却，冷却剂一般采用的是油。由于油淬火对环境会造成一定程度的污染，并且有引发火灾的危险，近年来已有越来越多的企业在热处理时放弃使用油淬火，而采用各种水溶性高分子有机物水溶液为低碳合金钢淬火的冷却介质。然而，这类水溶性有机冷却介质用来淬火时有机物溶液遇热后会加速老化，使其冷却特性发生改变，如不及时更换，将使热处理产品质量下降，甚至不合格。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，包括如下组分：聚乙烯醇、硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲、水。
作为一种优选的技术方案，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇5-20份、硫酸钙0.1-1份、亚硝酸钠1-7份、苯甲酸钠1-4份、硫脲0.01-0.05份、水70-100份。
作为一种优选的技术方案，所述聚乙烯醇包括改性聚乙烯醇。
作为一种优选的技术方案，所述聚乙烯醇包括1-5wt％改性聚乙烯醇。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇和/或羧酸改性聚乙烯醇。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚乙烯醇的改性率为3-6％。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚乙烯醇的聚合度为100-500。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(4-25)：1。
作为一种优选的技术方案，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(5-10)：1。
本发明第二个方面提供了一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：
(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至70℃，依次加入硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲，搅拌至完全溶解；
(2)之后加入聚乙烯醇，充分搅拌均匀至完全溶解；
(3)在搅拌釜内充分搅拌均匀后将反应釜盖上，待冷却至室温后进行包装。
有益效果：本发明所提供的淬火剂冷却速度分布合理，冷却均匀性好，且能有效保证工件内部组织的均匀一致性和性能的均一性，淬透性强，硬度高并且均匀，不淬裂，使用量少，可减少贵金属的加入量，降低原材料的生产成本，安全无污染，不着火，适用于低合金钢零件的淬火处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：实施例5的冷却性能测试图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。
本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，包括如下组分：聚乙烯醇、硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲、水。
作为一种优选的技术方案，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇5-20份、硫酸钙0.1-1份、亚硝酸钠1-7份、苯甲酸钠1-4份、硫脲0.01-0.05份、水70-100份。
聚乙烯醇
本发明所述聚乙烯醇是重要的化工原料，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂、胶水等。本发明中作为主淬火剂使用。
在一种优选的实施方式中，所述聚乙烯醇包括改性聚乙烯醇。
在一种优选的实施方式中，所述聚乙烯醇包括1-5wt％改性聚乙烯醇。
在一种优选的实施方式中，所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇和/或羧酸改性聚乙烯醇。
在一种优选的实施方式中，所述改性聚乙烯醇的改性率为3-6％。
在一种优选的实施方式中，所述改性聚乙烯醇的聚合度为100-500。
在一种更优选的实施方式中，所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266；所述羧酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan T-330。
发明人发现在使用聚乙烯醇作为主淬火剂时，在实际使用过程中，因为工件较高的温度从而导致聚乙烯醇的醚键断裂从而氧化分解，粘附于工件表面被带出，从而使淬火效果逐渐降低，所以本发明还加入了一定量的改性聚乙烯醇，在改性聚乙烯醇的作用下，本发明的淬火介质对合金钢的淬火效果较为优异，且当改性聚乙烯醇的改性率以及聚合度均在本发明实施例的范围内时，对合金钢的冷却曲线最为理想，发明人认为这是因为采用上述改性聚乙烯醇，在体系中物理交联后与主淬火剂氢键缔合，形成蒸汽膜，在600度之前，合金钢的奥氏体稳定以足够慢的速度冷却，之后在400-600度，金属盐使膜产生形核中心导致破裂，所以冷却速度较快，在低于400度Ms点时，改性聚乙烯醇与金属盐之间配位作用占主导，冷却速度降低，进一步避免了因内外温差而引起的热应力和组织应力所带来的工件开裂。
硫酸钙
本发明所述硫酸钙白色单斜结晶或结晶性粉末，无气味，有吸湿性，在本发明中作为辅助淬火剂。
亚硝酸钠
本发明所述是亚硝酸根离子与钠离子化和生成的无机盐，白色至浅黄色粒状、棒状或粉末，常被用作丝绸或亚麻的漂白剂、金属热处理剂、钢材缓蚀剂、氰化物中毒的解毒剂。
苯甲酸钠
本发明所述苯甲酸钠是一种白色颗粒或晶体粉末，无臭或微带安息香气味，味微甜，有收敛味，是广谱抗微生物试剂，随着介质酸度的增高其杀菌、抑菌效力增强。
硫脲
本发明所述硫脲为白色而有光泽的晶体，可用作橡胶的硫化促进剂、金属矿物的浮选剂、制邻苯二甲酸酐和富马酸的催化剂等。
在一种优选的实施方式中，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(4-25)：1。
在一种优选的实施方式中，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(5-10)：1。
发明人在研究的过程中发现为了使冷却曲线符合低合金钢的性能，在配方中加入的金属盐类化合物不可避免的会存在腐蚀工件的情况，因此在体系中还加入了一定量的硫脲，进一步提高防锈的能力，而发明人在此过程在意外发现在硫脲加入时，且当改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(4-25)：1时冷却曲线能更好的实现高温阶段快冷，低温阶段慢冷的理想冷却；发明人推测这可能是因为由于硫脲不仅能促进上述改性聚乙烯醇的交联，以及在蒸汽膜的形成中增加蒸汽膜的厚度，使蒸汽膜的范围进一步增大，控制其在较快的冷却速度下工件表面完整，同时也由于这种作用，使得主淬火剂的在高温下的分解有所减弱。
本发明第二个方面提供了一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：
(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至70℃，依次加入硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲，搅拌至完全溶解；
(2)之后加入聚乙烯醇，充分搅拌均匀至完全溶解；
(3)在搅拌釜内充分搅拌均匀后将反应釜盖上，待冷却至室温后进行包装。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇5份、硫酸钙0.1份、亚硝酸钠1份、苯甲酸钠1份、硫脲0.01份、水70份。
所述聚乙烯醇包括5wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤包括：
(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至70℃，依次加入硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲，搅拌至完全溶解；
(2)之后加入聚乙烯醇，充分搅拌均匀至完全溶解；
(3)在搅拌釜内充分搅拌均匀后将反应釜盖上，待冷却至室温后进行包装。
实施例2
实施例2提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇20份、硫酸钙1份、亚硝酸钠7份、苯甲酸钠4份、硫脲0.05份、水100份。
所述聚乙烯醇包括1wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例3
实施例3提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括2.5wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例4
实施例4提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.5wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为羧酸改性聚乙烯醇；所述羧酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan T-330。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例5
实施例5提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.2wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例6
实施例6提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括0wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例7
实施例7提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇0.5份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.2wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例8
实施例8提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇50份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.2wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例9
实施例9提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.2wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例10
实施例10提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲2份、水86份。
所述聚乙烯醇包括3.2wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
实施例11
实施例11提供了一种合金钢环保型水基淬火剂，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇8份、硫酸钙0.2份、亚硝酸钠3.7份、苯甲酸钠2份、硫脲0.03份、水86份。
所述聚乙烯醇包括15wt％改性聚乙烯醇；所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇；所述磺酸改性聚乙烯醇牌号为Goselan L-3266。
一种合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，步骤同实施例1。
性能评价
1.表面硬度：将实施例的淬火剂对厚度为45mm的NSB钢板进行淬火，淬火加热温度为800℃，淬火后测量NSB钢板的硬度，观测是否有裂纹出现。
2.冷却曲线测试：将实施例5的淬火剂按照ISO 9950标准进行测试，得到冷却性能测试图。
表1
| 开裂现象 | 表面硬度 | |
| 实施例1 | 无裂纹 | HRC61 |
| 实施例2 | 无裂纹 | HRC64 |
| 实施例3 | 无裂纹 | HRC65 |
| 实施例4 | 无裂纹 | HRC65 |
| 实施例5 | 无裂纹 | HRC66 |
| 实施例6 | 无裂纹 | HRC56 |
| 实施例7 | 有裂纹 | HRC51 |
| 实施例8 | 无裂纹 | HRC55 |
| 实施例9 | 有裂纹 | HRC58 |
| 实施例10 | 无裂纹 | HRC59 |
| 实施例11 | 有裂纹 | HRC57 |
Claims (10)
1.一种合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，包括如下组分：聚乙烯醇、硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲、水。
2.根据权利要求1所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：聚乙烯醇5-20份、硫酸钙0.1-1份、亚硝酸钠1-7份、苯甲酸钠1-4份、硫脲0.01-0.05份、水70-100份。
3.根据权利要求1所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述聚乙烯醇包括改性聚乙烯醇。
4.根据权利要求3所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述聚乙烯醇包括1-5wt％改性聚乙烯醇。
5.根据权利要求3所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述改性聚乙烯醇为磺酸改性聚乙烯醇和/或羧酸改性聚乙烯醇。
6.根据权利要求3所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述改性聚乙烯醇的改性率为3-6％。
7.根据权利要求3所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述改性聚乙烯醇的聚合度为100-500。
8.根据权利要求3所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(4-25)：1。
9.根据权利要求8所述的合金钢环保型水基淬火剂，其特征在于，所述改性聚乙烯醇和硫脲的重量比为(5-10)：1。
10.一种根据权利要求1所述的合金钢环保型水基淬火剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：
(1)在搅拌釜内加入水，开始搅拌加热至70℃，依次加入硫酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、硫脲，搅拌至完全溶解；
(2)加入聚乙烯醇，充分搅拌均匀至完全溶解；
(3)在搅拌釜内充分搅拌均匀后将反应釜盖上，待冷却至室温后进行包装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190823 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |