[發(fā)明專利]一種水溶性淬火介質(zhì)添加劑及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310094186.7
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103184321A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉群山
• 申請（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號: C21D1/60
• 分類號: C21D1/60
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 夏素霞

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℃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℃的范圍內(nèi)快速冷卻即可。能使工件在650～500℃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)是水和機油等。水在650～500℃溫度范圍內(nèi)的冷卻能力很大，很容易使工件淬硬，但在300℃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。機油在300℃以下溫度范圍內(nèi)冷卻能力較小，工件不易淬裂，但在650～500℃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。現(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)往往存在嚴重的不足。故迫切需要尋找一種更理想的、廉價的水溶性淬火介質(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、硅酸鋁5～25份和磷酸鈉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)嚢杈鶆颍纯芍瞥伤苄源慊鸾橘|(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，低溫區(qū)冷卻能力越弱。經(jīng)反復(fù)試驗，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，具有極強的吸附、脫色和分散特性，在電子顯微鏡下系由無數(shù)細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)熾熱的工件進入本發(fā)明所述的水溶性淬火介質(zhì)后，在650～500℃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)。可見，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。