專利名稱：用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是熱處理用水溶性淬火介質(zhì)，特征是用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)。
背景技術(shù)：
熱處理中使用水溶性淬火介質(zhì)日益普及，最具代表的是PAG類水溶性淬火介質(zhì)， 對(duì)于中低碳鋼如30#、45#，中低合金鋼如40Cr、42Cr、35Cr等均采用PAG類水溶性淬火介質(zhì)進(jìn)行熱處理，在硬度、金相組織、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、變形量等方面能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，例如汽車用曲軸、半軸、前橋、農(nóng)用機(jī)械等的熱處理。但普通PAG類水溶性淬火介質(zhì)也存在局限性，并不適用熱模具鋼的淬火處理，例如并不適用于4Cr5MoSiVl、5CrNiM。、5CrMnMo熱模具鋼的淬火處理。熱模具鋼的淬火熱處理目前仍然使用淬火油，尚未有PAG類水溶性淬火介質(zhì)在模具鋼熱處理方面應(yīng)用的公開(kāi)資料報(bào)道。我國(guó)聚烷撐二醇類(PAG)水溶性淬火介質(zhì)，近幾年來(lái)也有了一定程度的發(fā)展，但也存在著諸多不足，如CN201110052521. 8專利文獻(xiàn)報(bào)道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質(zhì)，分子量在5000-30000，其組成比例為聚烷撐二醇(分子量:20000-30000) 0. 5-20%, 聚烷撐二醇(分子量5000-15000) 0. 5-30%,防銹劑0. 5-1. 5%，消泡劑0. 1-0. 2%，殺菌劑 300PPM-800PPM，表面活性劑200PPM-500PPM，PH值調(diào)節(jié)劑0. 1_5%，其余為水。該淬火介質(zhì)適用于大型鑄鍛件的淬火熱處理，其特點(diǎn)在于通過(guò)調(diào)整濃度來(lái)調(diào)整淬火冷卻速度，提高淬火介質(zhì)的適用范圍。CN02132504. 9專利文獻(xiàn)報(bào)道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質(zhì)，聚烷撐二醇分子量在4000-15000，其組成比例為聚烷撐二醇45-55%，表面活性劑為0. 05-0. 1%，無(wú)機(jī)鹽 0-2. 0%,無(wú)機(jī)堿0-0. 6%，殺菌劑200PPM，自來(lái)水余量。該產(chǎn)品主要用于碳鋼淬火，其特點(diǎn)為價(jià)格低廉、環(huán)保。CN200810119463專利文獻(xiàn)報(bào)道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質(zhì)，聚烷撐二醇分子量在2000以下，其組成比例為聚烷撐二醇1-30%,防銹劑0. 1-1. 0%，消泡劑100-500PPM, 復(fù)合殺菌劑0. 1-1. 0%，ΡΗ值調(diào)節(jié)劑0. 2-2. 0%，余量為水。該淬火介質(zhì)原料易得，價(jià)格低廉， 適合中低碳鋼淬火。普通碳鋼、中低合金鋼熱處理，采用單一聚烷撐二醇類水溶性淬火介質(zhì)即能滿足熱處理淬火要求，但熱模具鋼H13 (4Cr5MoSiVl)、5CrMnMo、5CrNiMo等具有高淬透性、高抗熱裂能力、優(yōu)異耐磨性能的金屬工件在淬火時(shí)就要求淬火介質(zhì)具有油類介質(zhì)的低冷速，但普通PAG類淬火劑冷速普遍偏高，不能滿足熱模具鋼淬火要求。熱模具鋼特點(diǎn)(1)模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時(shí)，其模腔表面溫度可達(dá) 300-400°C，這樣高的使用溫度會(huì)使模腔表面硬度和強(qiáng)度顯著降低，在使用中易發(fā)生打垛。 為此，對(duì)熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度、高溫強(qiáng)度、高的回火穩(wěn)定性。(2)模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞(龜裂)。熱模的工作特點(diǎn)是具有間歇性，反復(fù)受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，引起模腔表層出現(xiàn)龜裂，稱為熱疲勞現(xiàn)象，因此對(duì)熱模具鋼提出了第二個(gè)基本使用性能要求，即具有高的熱疲勞抗力。熱磨具鋼材料以4Cr5M0SiVl、5CrNiM0、5CrMnM0為代表，它們都具有高的淬透性和抗熱裂能力、優(yōu)異的耐磨性以及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高抗回火穩(wěn)定性。由于熱模具鋼在使用過(guò)程中對(duì)其金屬性能有較高要求，因此該類鋼在淬火過(guò)程中對(duì)淬火劑也提出了較高的要求。目前該類鋼材淬火都使用淬火油。但淬火油使用成本高、 易燃、環(huán)保性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)，該介質(zhì)具有低冷速、 低成本、不易燃、環(huán)保等特點(diǎn)。根據(jù)熱模具鋼的金屬材質(zhì)特性，結(jié)合淬火介質(zhì)的化學(xué)特性，通過(guò)合理的調(diào)配使發(fā)明的淬火劑充分滿足了熱模具鋼淬火的要求。本發(fā)明原料組成重量比
A聚烷撐二醇(分子量22000)35-45 份B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36萬(wàn))5-10 份C防銹劑2-5份D殺菌劑2X10—4 份EPH調(diào)節(jié)劑2-5份F沉降劑0.5份G消泡劑0.2份H水35-55 份
本發(fā)明配方中各組分具體成分如下
聚烷撐二醇為一種極其粘性的、高分子量的液態(tài)聚亞氧烷基乙二醇多羧基化合物，該化合物在淬火液中作為濃縮物特別有效，分子量在22000，與水可以任意比例互溶。具有優(yōu)異的成膜性能以及化學(xué)和切變穩(wěn)定性，無(wú)腐蝕和不起泡，不淤積和膠結(jié)，此外，它具有良好的潤(rùn)滑作用，與其他材料的顯著的相容性，而且在通常的使用或貯存條件下，它不受水解、 細(xì)菌、氧化或加熱的影響。在金屬的淬火劑配方中，聚烷撐二醇在板上平鋪開(kāi)來(lái)的獨(dú)特性能可以控制冷卻速度。
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，是一種非離子型高分子化合物，白色或乳白色的粉末固體， 其平均分子量一般用K值表示，K值通常分為K-15、K-30、K-60、K-90,分別代表1萬(wàn)、4萬(wàn)、 16萬(wàn)、36萬(wàn)的分子量范圍，無(wú)逆溶性。防銹劑為水溶性防銹劑，是聯(lián)合潤(rùn)滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032。殺菌劑為武漢新大地環(huán)保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐殺菌劑，該殺菌劑對(duì)真菌、霉菌、細(xì)菌有較強(qiáng)的抑制作用，可有效防止水溶性介質(zhì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)變問(wèn)題。PH調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺。沉降劑為聚丙烯酰胺，大幅降低水性溶液表面張力，在疏水性表面表現(xiàn)出極佳的鋪展性，可改善水基液體的潤(rùn)濕，鋪展性能，提高砂輪灰的沉降能力。
消泡劑為青島德潤(rùn)凱化工有限公司代理的路博潤(rùn)LZ5674。 制備方法
將聚烷撐二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、防銹劑、殺菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、沉降劑、消泡劑、 水，按配方中比例加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻，得產(chǎn)品。本發(fā)明適合熱模具鋼淬火的水溶性淬火介質(zhì)，該淬火介質(zhì)除具有成本低、不易燃、 環(huán)保等普通PAG所具有的性質(zhì)外還具有與油相近的冷速，從而充分滿足了以4Cr5MoSiVl、 5CrMnM0、5CrmM0為代表的熱模具鋼的淬火要求，解決了用油淬火造成的高成本、易燃、不環(huán)保等問(wèn)題，是油類淬火介質(zhì)的理想替代品。熱作模具鋼在淬火過(guò)程中，從奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變要求在高溫區(qū)有高的冷卻速度，而在低溫區(qū)要有很低的冷卻速度，本發(fā)明所用的介質(zhì)恰好滿足了上述要求。在高溫區(qū)聚烷撐二醇可以保證淬火介質(zhì)有很高的冷卻速度，在低溫區(qū)時(shí)聚乙烯吡咯烷酮發(fā)揮主要作用，使得冷卻速度降低到類似于油的冷卻速度，因此保證了熱作模具鋼的淬火要求。在熱模具鋼相變區(qū)250-400°C左右具有更低的冷速，保證工件熱處理時(shí)安全通過(guò)相變點(diǎn)，從而保證工件硬度、金相組織、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、變形量、抗熱裂能力、耐磨性能等性能要求。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 A聚烷撐二醇(分子量22000) 35份B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36萬(wàn))10份C防銹劑5份D殺菌劑2X10EPH調(diào)節(jié)劑2份
-4
份
F沉降劑0. 5份
G消泡劑0. 2份
H水47份
4Cr5MoSiVl因?yàn)椴牧现泻休^高的合金和硅，因此它的淬透性非常好，這就要求介質(zhì)中影響高溫區(qū)冷卻速度的聚烷撐二醇成分稍低即可，而影響低溫區(qū)冷卻速度的聚乙烯吡咯烷酮的含量適當(dāng)提高，從而保證本介質(zhì)對(duì)4Cr5MoSiVl的淬火效果達(dá)到比較理想的狀態(tài)。
實(shí)施例2
A聚烷撐二醇(分子量22000)
B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36萬(wàn))
C防銹劑
D殺菌劑EPH調(diào)節(jié)劑
F沉降劑
G消泡劑 H 水
45份 5份
2份
2X10—4 份 5份 0.5份 0.2份 42份
5CrNiMo這種熱作模具鋼因含有鎳及工作條件要承受反復(fù)受熱和冷卻，要求有好的耐熱性、耐磨性和淬透性，因此聚烷撐二醇的含量要高一些，介質(zhì)的淬透性也要好一點(diǎn)，以保證5CrNiMo有高的淬透性，5CrNiMo的均一性更高。實(shí)施例3:
A 聚烷撐ニ醇(分子量22000) 40份 B 聚乙烯吡咯烷酮(分子量36萬(wàn))8份 C 防銹劑3份
D 殺菌劑2X10—4份
E PH調(diào)節(jié)劑3份
F 沉降劑0. 5份
G 消泡劑0. 2份
H 水45份
5CrMnMo這種熱作模具鋼的淬透性比較差，因此需要較高含量的聚烷撐ニ醇的淬火劑 才能保證模具淬火后具有高的機(jī)械性能和高的均一性。上述實(shí)施例原料組成為重量比。表一技術(shù)指標(biāo)典型值比較
權(quán)利要求
1.用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)，其特征是: 由原料重量配比包括A聚烷撐二醇分子量2200035-45 ^v ；B聚乙烯吡咯烷酮分子量36萬(wàn)5-10 份；C防銹劑2-5 份；D殺菌劑2X10—4 份EPH調(diào)節(jié)劑2-5 份；F沉降劑0.5 份；G消泡劑0.2 份；H水35-55 份；混合均勻制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)，其特征是防銹劑為水溶性防銹劑，是聯(lián)合潤(rùn)滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032 ；殺菌劑為武漢新大地環(huán)保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐殺菌劑；PH調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺；沉降劑為聚丙烯酰胺；消泡劑為青島德潤(rùn)凱化工有限公司代理的路博潤(rùn)LZ5674。
全文摘要
本發(fā)明用于熱模具鋼的水溶性淬火介質(zhì)，由聚烷撐二醇、聚乙烯吡咯烷酮、防銹劑、殺菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、沉降劑、消泡劑、水，按配比混合均勻制得。生產(chǎn)成本低、不易燃、環(huán)保。替代油類淬火介質(zhì)，充分滿足了以4Cr5MoSiV1、5CrMnMo、5CrNiMo為代表的熱模具鋼的淬火要求。
文檔編號(hào)C21D1/60GK102417955SQ20111042903
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者夏丹鳳, 姜聚滿, 李佩曉, 楊秀成, 王莎莎, 隋明來(lái) 申請(qǐng)人:遼寧海明化學(xué)品有限公司