新型聚醚类淬火介质开发及优化

摘要

聚合物水基淬火介质具有环保、冷速可调、热稳定性好等优点，钢种适应范围广，在欧美等发达国家已逐步取代传统的淬火介质，成为钢铁材料热处理领域的研发热点。但聚合物水基淬火介质在我国的研发尚处于起步阶段，主要技术问题在于对水基淬火介质的控制因素及管理的认识有待完善，需要深入研究淬火介质成分与冷却特性间的关系。因此，开发一种具有独立知识产权的新型聚合物水基淬火介质具有重要的应用价值与理论意义。
　　在综合分析已有文献中主要成分对淬火介质冷却能力影响的基础上，结合前期基础性实验，本文给出了一种聚醚类水基淬火介质的成分配比。利用密度计、粘度计、PH计等测试了聚醚类水基淬火介质的理化特性。利用自主设计的冷却曲线测试仪测定了聚醚水基淬火介质的冷却曲线，结合冷却曲线法与冷却硬化能力法进一步评价了聚醚水基淬火介质的特性。工艺性实验部分主要进行了淬火后工件的组织分析与冲击韧性测试，以考察实际淬火效果。综合考虑聚醚类水基淬火介质的理化特性、冷却特性、工艺性的基础上，对淬火介质的成分进行了进一步优化。深入分析了淬火介质的淬火机理，论文得到以下几点有价值的结论:
　　1)开发的聚醚类水基淬火介质在淬火过程中无有毒物质释放，具有突出的环保特性;该淬火介质具有逆溶性，可在马氏体转变区域有效的防治淬火工件变形;该淬火介质粘度与浓度具有较高的关联性，可通过检测粘度对淬火介质浓度变化进行反馈式监测;该淬火介质腐蚀性低，有利于延长淬火槽的使用寿命。
　　2)新型聚醚类水基淬火介质的冷却能力介于水和油之间，可通过改变介质浓度调节其冷却能力;高浓度淬火介质的冷却能力接近于矿物油，适良好的矿物油替代品;该淬火介质的冷却硬化能力较强，低浓度淬火介质的耐老化性和热稳定性较高，但随着浓度的升高，淬火介质的耐老化性和热稳定性明显变差，淬火后工件的硬度均匀性不足。
　　3)新型聚醚类水基淬火介质具有良好的淬透能力，工件淬火后组织均为针状马氏体和少量残余奥氏体的混合物，但随着淬火介质的浓度升高，在冷却第一阶段冷速不足导致产生少量的先共析铁素体。经低浓度淬火介质淬火后的工件由于冷速过快产生大量的组织应力和热应力导致冲击韧性不高。
　　4)针对新型聚醚类水基淬火介质的不足，根据成分优化思想对其成分进行进一步优化。优化后的淬火介质不仅具有原始淬火介质的优点，还有效改善了其使用浓度范围高、成本高、高浓度介质宜老化、淬硬层不均匀等缺点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 钢的淬火

1．2．1 钢的淬透性

1．2．2 确定淬火工艺规范的原则

1．3 淬火介质的冷却原理及分类

1．3．1 淬火介质的冷却原理

1．3．2 淬火介质的分类

1．4 影响淬火介质冷却能力的因素

1．4．1 内部因素

1．4．2 外界因素

1．5 淬火介质冷却性能测试方法

1．5．1 直接测试法

1．5．2 间接测定法

1．6 聚合物淬火介质的使用维护及管理

1．6．1 水溶性淬火介质的选用原则

1．6．2 浓度控制

1．6．3 粘度监测

1．6．4 冷却特性监测

1．6．5 生产现场减缓淬火液变化的措施

1．7 本文研究的主要内容

第2章 实验材料及测试方法

2．1 实验器材和材料

2．2 实验方案设计依据

2．3 实验方案

2．3．1 淬火介质成分设计

2．3．2 物理化学性能实验

2．3．3 淬火介质冷却特性测定

2．3．4 工艺性实验

第3章 淬火介质的成分设计及其性能

3．1 淬火介质成分设计思想

3．2 淬火介质物理化学性能

3．2．1 物理性能

3．2．2 化学性能

3．3 淬火介质冷却特性分析

3．3．1 冷却曲线法

3．3．2 冷却硬化能力法

3．4 淬火介质工艺性分析

3．4．1 组织分析

3．4．2 冲击韧性

3．4．3 断口形貌分析

第四章 淬火介质成分优化及性能

4．1 淬火介质成分优化思想

4．2 淬火介质物理化学性能对比

4．2．1 物理性能

4．2．2 化学性能

4．3 淬火介质冷却特性对比

4．3．1 冷却曲线法

4．3．2 冷却硬化能力法

4．4 淬火介质工艺性对比

4．4．1 组织分析

4．4．2 冲击韧性

4．4．3 断口形貌分析

第5章 结论

参考文献

致谢