CN1831158A - 一类冷却速度特别稳定的液态冷却介质 - Google Patents
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Abstract
一类冷却速度特别稳定的液态冷却介质，为高分子聚合物的水溶液，其中高分子聚合物的质量浓度为0.5％～15％。这种冷却介质中获得的冷却速度几乎不受被冷却工件的温度高低的影响。该冷却液的温度变化对其冷却能力的影响也非常小，能基本保持在一个相当稳定的数值上。本发明的匀速冷却液可以在金属热处理生产中应用，解决现有冷却介质的冷却速度不均匀引起的技术和产品质量问题。
Description
技术领域：
本发明涉及金属热处理技术领域，具体涉及金属热处理过程中使用的冷却介质。
现有技术：
到目前为止，金属热处理生产中使用的冷却方式和介质，包括淬火冷却中使用的淬火油和水溶性淬火液，等温淬火所用的等温盐浴，静止大气中的冷却，喷雾冷却，风冷以及高压气体的冷却等，这些冷却方式都存在一个明显的缺点：被冷却的对象，比如被冷却的工件(或者设备)所获得的冷却速度随工件本身的温度不同而有很大的变化，也随冷却条件和液温的不同而有很大变化。图1-图2是用符合ISO9950标准的冷却特性仪对淬火油、水和低温盐浴的有代表性的测量结果。图1中(a)表明清水获得的冷却速度随测试用探棒温度的变化情况。(b)和(c)是机油和160℃低温盐浴的冷却速度随探棒温度的变化。图中纵坐标表示温度高低，横坐标表示冷却速度大小。容易看出，探棒的温度不同，它所获得的冷却速度有很大差别。在800℃到500℃的温度范围内，它们的冷却速度差异一般高达3～20倍不等。在气体介质中冷却，情况也相同。静止空气中冷却和风冷时，探棒温度越高，获得的冷却速度越高；相反则越低。如图2所示。图2(a)表示采用风冷时，风速大小对探棒获得的冷却速度的影响。图3表示风冷时，处于迎风面的探棒的冷却速度曲线。从800℃到500℃范围，它们的冷却速度差别一般都2倍以上。此外，淬火油和水性淬火液的液温高低，以及静止空冷和风冷中的气温高低，也还会造成相当大的冷却速度差异。图4是水温变化对水的冷却特性的影响曲线。所有这些事实都说明：现在所用的冷却介质属于变速的冷却介质。这种特性在被冷却的工件上产生的冷却速度差异，必然会引起冷却的不均匀和不均匀的组织转变结果，从而增大工件的内应力、引起工件变形和工件不均匀的内部组织。
发明内容：
本发明的目的是克服现有其它冷却介质共有的上述缺点，提供一类冷却速度特别稳定的液态冷却介质，也就是匀速冷却液。
本发明的目的是通过如下途径来实现的：本发明所述液态冷却介质为高分子聚合物的水溶液，其中高分子聚合物的质量浓度为0.5％～15％。
其中，还含有防锈剂和防腐剂，其中防腐剂质量浓度为0.1～0.3％，防锈剂质量浓度为0.5～1.0％。
其中，所述高分子聚合物为选自开普式树脂即KEPS、聚丙烯酰胺即PAM、聚乙二醇即PEG、聚烷撑二醇即PAG、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚氧化乙烯即PEO、聚乙烯吡咯烷酮即PVP、聚丙烯酸钠中的一种或多种组合。
具体的，所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.2～1.0∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成。
或，高分子聚合物由开普式树脂即KEPS、聚烷撑二醇即PAG、聚环氧琥珀酸钠即PESA按重量比0.5～1.5∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成。
或，高分子聚合物由聚烷撑二醇即PAG、聚乙二醇即PEG、聚氧化乙烯即PEO按重量比2.0～4.0∶1.0～2.0∶0.5～1.0组配而成。
或，高分子聚合物由开普式树脂即KEPS、聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.5∶0.5～2.0∶1.0～3.0∶1.0～3.0组配而成。
或，高分子聚合物由聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.0∶0.5～1.0∶1.0～3.0组配而成。
或，高分子聚合物由聚丙烯酰胺即PAM、聚乙二醇即PEG、聚烷撑二醇即PA按重量比1.0～2.0∶2.0～4.0∶0.5～1.5组配而成。
或，高分子聚合物由聚乙二醇即PEG、聚氧化乙烯即PEO、聚乙烯吡咯烷酮即PVP按重量比1～10∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成。
或，高分子聚合物由开普式树脂即KEPS、聚烷撑二醇即PAG、聚乙二醇即PEG、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.5∶1～10∶1.0～3.0∶2.0～4.0组配而成。
采用以上技术方案，具有以下技术特点：
1、改变冷却介质的组配比例，可以获得从高温到低温不同温度范围内具有相当稳定的冷却速度的不同冷却液，它们的使用温度在0℃～80℃中按要求设定。
2、本发明提供的冷却介质，可以作为单一的冷却介质来完成热处理冷却过程，或者与另外的等温加热炉、等温浴、水性淬火液等冷却介质，以及与空冷、风冷相结合来完成热处理的冷却过程。
3、本发明冷却介质具有无色、无臭，流动性好、化学稳定性很高，不污染环境等优点。
4、由于本发明提供的是流动性好的液态冷却介质，浸入其中的工件，所有表面都能与冷却液接触，从而获得均匀的冷却。这就克服了风冷中不可避免的迎风面和背风面冷却速度不同的缺点。
附图说明：
图1是用符合ISO9950标准的冷却特性仪对淬火油、水和低温盐浴的有代表性的测量结果。
图2表示采用风冷时，风速大小对探棒获得的冷却速度的影响。
图3表示风冷时，处于迎风面和背风面的探棒的冷却速度曲线。
图4是水温变化对水的冷却特性的影响曲线。
图5是使用本发明实施例一的匀速冷却液的冷却特性曲线。
图6是使用本发明实施例二的匀速冷却液的冷却特性曲线。
图7是使用本发明实施例三的匀速冷却液的冷却特性曲线。
图8是使用本发明实施例四的匀速冷却液的冷却特性曲线。
图9是使用本发明实施例五、六的匀速冷却液的冷却特性曲线。
图10是使用本发明实施例七、八的匀速冷却液的冷却特性曲线。
具体实施方式：
本发明的目的是提供一类冷却速度特别稳定的液态冷却介质。理想的匀速冷却介质的冷却速度应当不受工件温度高低的影响，始终保持不变，在冷却特性曲线图上，其冷却速度曲线应当是一条竖直的直线，说明这种冷却过程几乎不受探棒温度高低的影响，而始终保持着相同的冷却速度。所述稳定包括三个方面，一是其冷却速度受工件温度高低的影响极小；二是其液温变化对冷却速度的影响很小，三是它是流动性好液体，容易直接冷却工件的各个表面，实现均匀冷却，从而不存在风冷中不可避免的迎风面与背风面的冷却速度差异。
本发明提供的匀速冷却液，为含有质量百分比0.5％～15％的高分子聚合物，或同时含有防锈剂和防腐剂的水溶液。高分子聚合物可选自开普式树脂(KEPS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙二醇(PEG)、聚烷撑二醇(PAG)、聚环氧琥珀酸钠(PESA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮即PVP、聚丙烯酸钠中的一种或多种；防锈剂可为亚硝酸盐、三乙醇胺等常用防锈剂中任一种，防腐剂可为均三嗪类衍生物、异噻唑啉酮类衍生物等常用防腐剂种任一种，防锈剂和防腐剂为其它功能性组分，本发明中不做特别限定。使用不同种类以及配比的高分子聚合物，可以获得在不同温度段具有匀速冷却特性的冷却液，以满足不同使用环境的需要，因此本发明提供的为一类匀速冷却液。表1示出了几种具体组配的匀速冷却液以及其匀速冷却的温度范围，显然，本发明的组配方式不能限于表1所列的几种方式。
表1(表中数值为各组分在冷却液中的质量百分数)
| 实施例 | ||||||||
| 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 六 | 七 | 八 | |
| KEPS | / | 2.0 | / | 2.0 | / | / | / | 1.0 |
| PAG | / | 2.0 | 4.0 | / | / | 2.0 | / | 5.0 |
| PAM | 0.5 | / | / | 1.5 | 2.1 | / | / | / |
| PESA | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | / | / | / |
| PEG | / | / | / | / | / | 2.5 | 10.0 | 2.0 |
| PEO | / | / | 0.5 | / | / | 1.5 | 1.0 | / |
| PVP | / | / | / | / | / | / | 2.0 | 2.5 |
| 聚丙烯酸钠 | 2.0 | / | / | 3.0 | 4.0 | / | / | / |
| 防腐剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 防锈剂 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 匀速冷却温度范围 | 500℃以上 | 450℃以上 | 400℃以上 | 350℃以上 | 300℃以上 | 200℃以上 | 150℃以上 | 150℃以上 |
本发明的匀速冷却液按以下方法配制(以实施例1为例进行说明)：称取聚丙烯酰胺(PAM)10克、聚环氧琥珀酸钠(PESA)20克、聚丙烯酸钠40克、防腐剂异噻唑啉酮4克、防锈剂三乙醇胺16克置于3000毫升的烧杯中，加入1910毫升水搅拌均匀，得到本例匀速冷却液。其它匀速冷却液参照该方法进行配制，在此不一一赘述。
冷却特性检测：
测试方法：
执行国际标准ISO9950
仪器：冷却特性测试仪(ivf quenchotest)
生产厂家：IVF(瑞典制造工程研究学会)
测试结果：被冷却的工件在本发明配制的冷却液中的冷却速度曲线(参见图5-图10)显示，在某一温度范围内(不同实施例对应的温度范围可以不同，参见表1)，使用本发明冷却液进行工件的冷却，冷却速度曲线基本都是一条竖直的直线，说明在此温度范围内冷却速度能保持基本不变，确实实现了匀速冷却的效果。
Claims (10)
1、一类冷却速度特别稳定的液态冷却介质，其特征在于，为高分子聚合物的水溶液，其中高分子聚合物的质量浓度为0.5％～15％。
2、根据权利要求1所述液态冷却介质，其特征在于，还含有防锈剂和防腐剂，其中防腐剂质量浓度为0.1～0.3％，防锈剂质量浓度为0.5～1.0％。
3、根据权利要求1或2所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物为选自开普式树脂即KEPS、聚丙烯酰胺即PAM、聚乙二醇即PEG、聚烷撑二醇即PAG、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚氧化乙烯即PEO、聚乙烯吡咯烷酮即PVP、聚丙烯酸钠中的一种或多种组合。
4、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.2～1.0∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成。
5、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由开普式树脂即KEPS、聚烷撑二醇即PAG、聚环氧琥珀酸钠即PESA按重量比0.5～1.5∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成。
6、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物为聚烷撑二醇即PAG、聚乙二醇即PEG、聚氧化乙烯即PEO按重量比2.0～4.0∶1.0～2.0∶0.5～1.0组配而成。
7、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由开普式树脂即KEPS、聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.5∶0.5～2.0∶1.0～3.0∶1.0～3.0组配而成。
8、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由聚丙烯酰胺即PAM、聚环氧琥珀酸钠即PESA、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.0∶0.5～1.0∶1.0～3.0组配而成。
9、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由聚丙烯酰胺即PAM、聚乙二醇即PEG、聚烷撑二醇即PA按重量比1.0～2.0∶2.0～4.0∶0.5～1.5组配而成。
10、根据权利要求3所述液态冷却介质，其特征在于，所述高分子聚合物由聚乙二醇即PEG、聚氧化乙烯即PEO、聚乙烯吡咯烷酮即PVP按重量比1～10∶0.5～2.0∶1.0～3.0组配而成；或由开普式树脂即KEPS、聚烷撑二醇即PAG、聚乙二醇即PEG、聚丙烯酸钠按重量比0.5～1.5∶1～10∶1.0～3.0∶2.0～4.0组配而成。
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