專利名稱：一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳鋼和低合金鋼工件淬火熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳鋼和低合金鋼工件淬火熱處理冷卻是為了讓在加熱和保溫階段形成的奧氏體不發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變和中溫轉(zhuǎn)變，而在低溫轉(zhuǎn)變區(qū)形成馬氏體。所以淬火介質(zhì)造成的工件冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，才能避免高溫轉(zhuǎn)變和中溫轉(zhuǎn)變的發(fā)生；而在低溫轉(zhuǎn)變區(qū)，冷卻速度越大造成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力越大，可能使工件變形甚至開裂，而且此階段的冷卻速度并不影響馬氏體的形成，故冷卻速度慢一些為好。
根據(jù)碳鋼和低合金鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(C曲線)可知，過冷奧氏體在650 500°C的范圍內(nèi)最不穩(wěn)定，孕育期最短，轉(zhuǎn)變的速度最快，高于或低于這個溫度范圍，過冷奧氏體都比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變速度稍慢。所以淬火時要得到馬氏體，并不需要在整個冷卻過程中快速冷卻，而是在650 500°C的范圍內(nèi)快速冷卻即可。能使工件在650 500°C的范圍內(nèi)快速冷卻，而在其他溫度區(qū)較緩慢冷卻的淬火介質(zhì)，稱為理想淬火介質(zhì)。但目前本領(lǐng)域技術(shù)人員尚未找到此類廉價(jià)的理想淬火介質(zhì)。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，最常使用的淬火介質(zhì)是水和機(jī)油等。水在650 500°C溫度范圍內(nèi)的冷卻能力很大，很容易使工件淬硬，但在300°C以下溫度范圍內(nèi)冷卻速度仍然很快，會產(chǎn)生大量淬火內(nèi)應(yīng)力，使工件韌性不足、變形甚至開裂。機(jī)油在300°C以下溫度范圍內(nèi)冷卻能力較小，工件 不易淬裂，但在650 500°C溫度范圍內(nèi)冷卻能力不夠大，比水的冷卻能力差很多，故只用于合金鋼工件的淬火?，F(xiàn)代工業(yè)上也有用鹽、堿、水玻璃、聚乙烯醇、氯化鋅等配制成的水溶液作為淬火介質(zhì)的，但這樣的淬火介質(zhì)往往存在嚴(yán)重的不足。故迫切需要尋找一種更理想的、廉價(jià)的水溶性淬火介質(zhì)添加劑制成水溶性淬火介質(zhì)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑及其使用方法，其制成的水溶性淬火介質(zhì)不僅能夠保證得到所需要的淬火組織，而且可降低工件的淬火內(nèi)應(yīng)力、減小工件的變形量、防止工件開裂，保證工件質(zhì)量。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是: 一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，具有以下原料及其重量份數(shù)配比:氯化鈉40 60份、海泡石10 30份、娃酸招5 25份和憐酸鈉5 25份。
一種如上所述的水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其步驟如下: (1)將所述水溶性淬火介質(zhì)添加劑經(jīng)過破碎、研磨和篩分，做成粉末狀； (2)將上述粉末狀的水溶性淬火介質(zhì)添加劑與水按照重量比為1:4 9的比例混合； (3)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑和水?dāng)嚢杈鶆?，即可制成水溶性淬火介質(zhì)。
上述添加劑占淬火介質(zhì)的比例越大，淬火介質(zhì)的高、中溫度區(qū)冷卻能力越強(qiáng)，低溫區(qū)冷卻能力越弱。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，得出上述添加劑占淬火介質(zhì)總重量的10% 20%為佳。
氯化鈉是無色透明的立方晶體，其粉末為白色，味咸，易溶于水而形成鹽水。鹽水可以在高溫工件表面上析出氯化鈉結(jié)晶體，并在高溫作用下產(chǎn)生爆裂。海泡石是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，其主要成分是硅酸鎂，無毒、無異味、無公害、不燃燒，具有極強(qiáng)的吸附、脫色和分散特性，在電子顯微鏡下系由無數(shù)細(xì)絲聚在一起排成的片狀。在水中呈網(wǎng)絡(luò)狀，是很好的懸浮劑和分散劑，本身是良好的隔音、隔熱材料。硅酸鋁是化學(xué)惰性體，其不論在酸性介質(zhì)中還是在堿性介質(zhì)中都是穩(wěn)定的，在水性介質(zhì)中很容易潤濕和分散，具有超細(xì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是良好的懸浮劑和分散劑，本身也是良好的隔熱材料。磷酸鈉是防銹添加劑，主要用于減少工件的銹蝕。淬火冷卻時，當(dāng)熾熱的工件進(jìn)入本發(fā)明所述的水溶性淬火介質(zhì)后，在650 500°C的高溫區(qū)，工件表面周圍的水被迅速加熱、汽化形成蒸汽膜，因蒸汽是熱的不良導(dǎo)體，其制約了水在高溫區(qū)冷卻能力的發(fā)揮，故工件的冷卻速度迅速下降；同時，添加劑中的主要成分氯化鈉等在工件表面析出，并被加熱、爆裂，從而撕破蒸汽膜，于是淬火介質(zhì)中的水又與工件表面接觸，重新形成蒸汽膜，如此反復(fù)循環(huán)?？梢?，本發(fā)明所述的水溶性淬火介質(zhì)相比于單一的水介質(zhì)，增加了工件在高中溫區(qū)的冷卻速度。上述爆裂的氯化鈉晶體被添加劑中的懸浮劑成分海泡石和硅酸鋁懸浮在水中，隨后再溶入水中。在300°C以下低溫區(qū)，工件表面析出的氯化鈉晶體被硅酸鎂、硅酸鋁增厚加強(qiáng)，使工件表面產(chǎn)生的沉積物不再產(chǎn)生爆裂，形成的蒸汽膜不能再被撕裂，因此沉積物加蒸汽膜起到了良好的固汽雙重隔熱作用；另外，硅酸鎂和硅酸鋁本身都是良好的隔熱材料，因此減緩了熱的傳導(dǎo)，導(dǎo)致工件的冷卻速度大大降低，此時本發(fā)明所述的水溶性淬火介質(zhì)的冷卻能力一般不高于機(jī)油。而在室溫附近，工件對表面沉積物的加熱作用減弱，工件表面析出的淬火介質(zhì)固體成分又重新溶入水中。本發(fā)明的有益效果 如下:
(I)本發(fā)明所述添加劑制成的水溶性淬火介質(zhì)，可以使碳鋼和低合金鋼工件在高、中溫區(qū)冷卻速度比水快，在低溫區(qū)(馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū))冷卻速度不高于機(jī)油。不但能使工件淬硬，而且可降低工件的淬火內(nèi)應(yīng)力，減小工件的變形量，防止工件開裂。(2)本發(fā)明所述添加劑制成的淬火介質(zhì)解決了碳鋼和低合金鋼工件長期以來采用傳統(tǒng)單一淬火介質(zhì)冷速過慢(如機(jī)油)或過快(如水)、冷卻不均勻和工件容易變形開裂等問題。使淬火熱處理冷卻過程中，碳鋼和低合金鋼工件在加熱保溫階段形成的奧氏體不發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變和中溫轉(zhuǎn)變，而在低溫轉(zhuǎn)變區(qū)形成馬氏體。(3)本發(fā)明所述的添加劑加入水中形成的淬火介質(zhì)無毒、無煙、無污染、不著火、不老化、使用安全、無環(huán)境污染、成本低，淬火介質(zhì)可以多次使用，添加劑的補(bǔ)充量小。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，采用下述重量份的原料制成:氯化鈉40份、海泡石10份、硅酸鋁5份和磷酸鈉5份。上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其具體步驟如下:(1)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑經(jīng)過破碎、研磨和篩分，做成粉末狀； (2)將上述粉末狀的水溶性淬火介質(zhì)添加劑與水按照重量比為1:4 9的比例混合； (3)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑和水?dāng)嚢杈鶆?，即可制成水溶性淬火介質(zhì)。
實(shí)施例2 一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，采用下述重量份的原料制成:氯化鈉50份、海泡石20份、硅酸鋁15份和磷酸鈉15份。
上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其具體步驟如下: (1)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑經(jīng)過破碎、研磨和篩分，做成粉末狀； (2)將上述粉末狀的水溶性淬火介質(zhì)添加劑與水按照重量比為1:4 9的比例混合； (3)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑和水?dāng)嚢杈鶆?，即可制成水溶性淬火介質(zhì)。
實(shí)施例3 一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，采用下述重量份的原料制成:氯化鈉60份、海泡石30份、硅酸鋁25份和磷酸鈉25份。
上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其具體步驟如下: (1)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑經(jīng)過破碎、研磨和篩分，做成粉末狀； (2)將上述粉末狀的水溶性 淬火介質(zhì)添加劑與水按照重量比為1:4 9的比例混合； (3)將上述水溶性淬火介質(zhì)添加劑和水?dāng)嚢杈鶆颍纯芍瞥伤苄源慊鸾橘|(zhì)。
使用上述添加劑所制成的水溶性淬火介質(zhì)用于45鋼、GCrl5鋼等工件的淬火冷卻，獲得了較理想的馬氏體組織，硬度均勻，且變形極小、無開裂。
權(quán)利要求
1.一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，其特征在于，具有以下原料及其重量份數(shù)配比:氯化鈉40 60份、海泡石10 30份、硅酸鋁5 25份和磷酸鈉5 25份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性淬火介質(zhì)添加劑，其特征在于，由下述重量份的原料制成:氯化鈉50份、海泡石20份、硅酸鋁15份和磷酸鈉15份。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其特征在于，其方法步驟如下: (1)將所述水溶性淬火介質(zhì)添加劑經(jīng)過破碎、研磨和篩分，做成粉末狀； (2)將上述粉末狀的水溶性淬火介質(zhì)添加劑與水按照重量比為1:4 9的比例混合； (3)將上述水溶性淬火 介質(zhì)添加劑和水?dāng)嚢杈鶆?，即可制成水溶性淬火介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑，具有以下原料及其重量份數(shù)配比氯化鈉40～60份、海泡石10～30份、硅酸鋁5～25份和磷酸鈉5～25份。所述水溶性淬火介質(zhì)添加劑的使用方法，其步驟如下將所述水溶性淬火介質(zhì)添加劑做成粉末狀；與水按照重量比為1:4～9的比例混合；攪拌均勻，即可制成水溶性淬火介質(zhì)。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述添加劑制成的水溶性淬火介質(zhì)，可以使碳鋼和低合金鋼工件在高、中溫區(qū)冷卻速度比水快，在低溫區(qū)(馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū))冷卻速度不高于機(jī)油。不但能使工件淬硬，而且可降低工件的淬火內(nèi)應(yīng)力，減小工件的變形量，防止工件開裂。
文檔編號C21D1/60GK103184321SQ20131009418
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者劉群山 申請人:河北科技大學(xué)