新型水基淬火介质的制备及冷却特性研究

摘要

淬火就是将钢加热到临界点温度以上，保温一定时间使其奥氏体化，继而以大于临界冷却速度冷却，从而获得介稳状态的马氏体组织的金属热处理工艺过程。淬火的主要目的是使钢的硬度以及耐磨性提高，获得机械性能优良的加工零件。在热处理工艺中，淬火相对来说是最为重要的一种工序，而冷却是淬火成功与否的关键因素。因此，淬火工序中一个十分重要的问题是冷却性能优良的淬火介质的选取。
　　目前，聚烷撑乙二醇淬火介质(PAG)是聚合物淬火介质作为一种新型淬火介质的代表，以其突出的特点有逐渐取代淬火油的趋势，已经成为了往后新型淬火介质发展的主要方向之一。聚烷撑乙二醇淬火介质通常是由聚烷撑乙二醇、冷速调整添加剂、防锈剂、防腐剂、消泡剂和水组成。
　　本文主要通过Labview温度采集系统测定三种不同平均分子量的聚烷撑乙二醇的冷却特性，筛选出冷却特性最符合要求的聚烷撑乙二醇。通过测定冷却特性方法确定两种不同平均分子量的冷速调整添加剂聚乙烯吡咯烷酮的最佳配比。参考标准《合成切削液》中防锈腐蚀性试验筛选出几种防锈性能合格的防锈剂，再结合Labview温度采集系统测定添加不同防锈剂对研制的淬火介质冷却特性的影响，筛选出综合性能最好的防锈剂。然后添加适量合适的防腐剂和消泡剂。最后确定的新型水基淬火介质的成分为3％～12％的聚烷撑乙二醇C，0.45％复合冷速调整添加剂（0.375％聚乙烯基吡咯烷酮A+0.075％聚乙烯基吡咯烷酮B），0.1％复合防锈剂（0.05％硼砂+0.05％磷酸钠），0.35‰防腐剂（水杨酸），0.1‰消泡剂（聚乙二醇），余量为水。
　　对研制出的新型淬火介质进行冷却性能的研究，通过设计单因素实验研究自制淬火介质浓度、温度的变化规律以及搅拌对其冷却性能的影响。结果表明:随着聚烷撑乙二醇浓度的增大，自制淬火介质的冷却速度逐渐降低，高温区降低明显，低温区降低的相对不明显;随着淬火介质的温度升高，自制淬火介质的冷却速度降低，最大冷却速度降低得比较明显，低温区冷却速度几乎没有变化;淬火介质在搅拌情况下能够提高介质高温区域的冷却速度，对介质低温区域的冷却速度几乎没有影响。
　　将自制淬火介质与水、淬火油和国外陶氏UCONE淬火介质产品进行冷却性能对比。试验结果表明:自制淬火介质的冷却性能处于水和淬火油的冷却性能之间，与UCONE淬火介质的冷却性能相当。
　　选取低碳钢20CrMnTi、中碳钢42CrMo、高碳钢GCr15进行淬火试验，采用自制淬火介质与水和油进行对比，测定三种钢淬火后硬度分布曲线。结果表明:20CrMnTi经3％自制淬火介质淬火后表面硬度达到51.1 HRC，经水淬火后表面硬度达到51.3HRC;42CrMo经12％自制淬火介质淬火后表面硬度达到62.2HRC，经油淬火后表面硬度达到60.2HRC;GCr15经8％自制淬火介质淬火后表面硬度达到67.7HRC，经油淬火后表面硬度达到58.1HRC。自制淬火介质能够适用碳含量不同的钢的淬火，其应用范围广泛。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外现状

1．3 淬火介质的冷却原理

1．4 淬火介质的分类

1．4．1 水

1．4．2 淬火油

1．4．3 无机物水溶液淬火介质

1．4．4 有机聚合物淬火介质

1．4．5 熔碱、熔盐

1．5 PAG淬火介质的概述

1．5．1 PAG淬火介质的特性

1．5．2 PAG淬火介质冷却能力影响因素

1．5．3 PAG淬火介质冷却能力的测试

1．5．4 PAG淬火介质冷却特性曲线的评定

1．6 研究内容和技术路线

第二章 有机聚合物淬火介质冷却性能实验方法

2．1 试验设备

2．1．1 探头

2．1．2 电阻加热管式炉

2．1．3 温度采集系统

2．2 试验步骤

第三章 PAG淬火介质的研制

3．1 聚烷撑乙二醇的确定

3．2 冷速调整添加剂的确定

3．3 防锈剂的筛选

3．4 其他添加剂

3．5 PAG淬火介质配方确定

3．6 本章小结

第四章 自制PAG淬火介质的性能分析

4．1 自制PAG淬火介质的物理化学性能

4．2 自制PAG淬火介质的冷却特性

4．2．1 浓度控制

4．2．2 温度控制

4．2．3 搅拌控制

4．3 几种淬火介质冷却曲线的对比

4．3．1 自制PAG淬火介质、水和淬火油

4．3．2 自制PAG淬火介质和陶氏UCONE淬火介质

4．4 本章小结

第五章 自制PAG淬火介质应用研究

5．1 淬火试验

5．1．1 试验材料及方法

5．1．2 硬度分布曲线

5．2 PAG淬火介质冷却性能的使用变化

5．2．1 时间对PAG淬火介质冷却性能的影响

5．2．2 淬火对PAG淬火介质冷却性能的影响

5．3 PAG淬火介质的使用和维护

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢