[發明專利]金剛石型液體淬火冷卻介質及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410766357.0
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104388645A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 崔建軍;萬桂怡;崔瀟;高青松
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C21D1/60
• 分類號: C21D1/60
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種金剛石型液體淬火冷卻介質及制備方法和應用。

背景技術

組成機械裝備的各種零部件絕大多數都需要經過淬火及回火處理才能具備人們所要求的物理、化學及力學性能。

淬火過程是將鋼鐵零件加熱到高溫(>850℃)進行奧氏體化，然后迅速置于冷卻介質(水、油)中，希望在極短時間(0～數秒)內將高溫(850℃～1050℃)金屬零件冷卻到300℃左右，以避免奧氏體向非馬氏體的轉變；在300℃以下，希望以較緩慢的冷速冷至室溫，以避免奧氏體向馬氏體轉變時的組織應力和熱應力造成的變形和開裂。只有滿足這樣的條件，才能得到最滿意的機械性能和最小變形的零部件。

傳統的淬火介質一般有水基或礦物油類兩大類，水基淬火介質是用簡單自來水或含有添加劑的聚合物水溶液；礦物油類淬火介質一般是簡單的礦物油或含有各種添加劑的礦物油，如光亮淬火油、快速淬火油等。

水的冷卻特性是：在高溫階段(蒸汽膜)冷卻能力不足，在低溫階段冷卻能力太高，因此，所處理的零件既容易產生軟點，又有很大的變形，甚至開裂，廢品率很高。在水中加入各種添加劑后，這種情況有所改善，但效果難以令人滿意。各種水基淬火液容易產生變質、老化、有毒、有刺激性、有污染等。另外，水及水基淬火液的冷卻特性對水溫的變化太敏感，在零件的臺階、溝槽以及孔眼處的淬火液體的流動和熱傳導情況受到阻礙和擾亂，因此處于上述部位的淬火液體的冷卻特性發生很大變化，結果是此處冷卻緩慢，這是導致帶有臺階、溝槽以及孔類的零件產生軟點和變形的一個重要因素。在使用過程中，其中的添加劑容易發生化學反應改變性質從而改變水基淬火液的特性，因而需要密切跟蹤監測其老化變質情況，使用及管理成本較高。

油的冷卻特性是：雖然在低溫階段具有比較緩慢的冷卻特性，但在高溫階段的冷卻能力也大大低于人們的期望值。在油中淬火的零件淬火變形比水小，但存在硬度偏低，淬硬層較淺的缺陷。在油中加入各種添加劑后，這種情況有所改善，但效果難以令人滿意。而且在使用過程中，其中的添加劑容易發生化學反應改變性質從而改變油基淬火液的特性，因而在使用中需要密切跟蹤監測其老化變質情況，使用及管理成本較高。

總之，上述淬火冷卻介質存在以下缺點：

水的缺點：

高溫段冷速慢，低溫段冷速快，導致零件軟點和變形開裂，廢品率很高。各種水基淬火液容易產生變質、老化、有毒、有刺激性、有污染等。另外，水及水基淬火液的冷卻特性對水溫的變化太敏感，這是導致帶有臺階、溝槽及孔類的零件產生變形的一個重要因素。

油的缺點：

高溫段冷卻慢，對很多鋼種淬不上火；易發生裂化和聚合及氧化變質、易老化、工件帶出量大損耗嚴重、淬火時油煙大污染嚴重、生產環境惡劣，費用較高。

上述介質共同缺陷還有：為了應對變質和老化，需經常測定粘度、酸值、灰分、成分、冷卻特性曲線以及經常需要整體更新淬火液等，造成使用及管理成本高。

傳統液體冷卻介質所產生的變形問題對于一些精度較低的零件尚可容忍，而對現代大量的精密制造而言，由于傳統液體冷卻介質的物質屬性所決定，無論加入何種添加劑也難以改變其液體物質在冷卻時的特有屬性，因而其淬火冷卻特性和應力變形效應難以達到令人滿意的效果，各種添加劑雖然對其不足有所改善，但同時伴有副作用。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種金剛石型液體淬火冷卻介質及制備方法和應用，將金剛石微粒作為添加劑加入到傳統液體淬火介質中，金剛石微粉均勻分布在介質中，由于金剛石具有最大導熱能力，因此在冷卻過程中，全部介質都處在同一溫度狀態(介質內部各個微觀區域之間幾乎沒有溫度差)，零件處于這種環境中，使得淬火零件各個體積元之間沒有溫度差，從而可以滿足金屬零件，尤其是高精密度金屬零部件機械性能及變形精度的要求。采用金剛石液體淬火冷卻介質可以滿足金屬零件，尤其是高精密度金屬零部件機械性能及變形精度的要求。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種金剛石型液體淬火冷卻介質，按照重量份粒度為0.01微米～100微米的1～10份金剛石固體顆粒均勻分散在100～10000份水或水基淬火液中組成的混合液。

優選地，按重量份粒度為0.01微米的1份金剛石固體顆粒均勻分散在100～10000份水或水基淬火液中組成的混合液。

優選地，按重量份粒度為0.05微米的1份金剛石固體顆粒均勻分散在100～10000份水或水基淬火液中組成的混合液。