一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液

摘要

本发明公开了一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，属于热处理淬火技术领域。本发明的淬火液由聚丙烯-甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺混合物，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物，聚酰胺聚乙二醇，消泡剂和水组成，主要适合用于35CrMo钢制大型轴锻件淬火，工艺简单，改变了传统双液、三液淬火工艺，能够有效避免35CrMo钢大型轴锻件淬火开裂，淬火效果好，能克服普通快速淬火油淬火后硬度不足、内部组织形态不均匀、易开裂等缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于热处理淬火技术领域，更具体地说，涉及一种用于35CrMo制大型轴锻件的 专用淬火液。

背景技术

淬火工艺最早的史料记载见于《汉书·王褒传》中的“清水淬其峰”。1863年，英国金 相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时， 内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。因此金属通常通过热 处理的方法来改善金属的强度及金相组织，以获得人们所期望的性质，，而淬火介质则是获得 高的淬火质量的关键因素之一，常用的淬火介质有盐水、水、矿物油、空气等。传统的水溶 性淬火介质具有非常高的冷却速度，过高的冷却速度使金属内部产生过高的内应力，金属变 形增大并使淬火后金属开裂，不能满足金属热处理的要求。在20世纪初，矿物油开始被用于 淬火冷却。矿物油的主要成分是饱和烃，性能相对稳定，所以得到了广泛的应用。为改善矿 物油的冷却性能，人们又研制和向矿物油为基的含有各种添加剂的淬火油，仍然是主要使用 的淬火介质。然而，矿物油淬火剂对环境造成严重污染，矿物油的闪点较低，在淬火过程中， 形成浓烟并有火灾危险，在油中含有水时这种危险性更是大大加剧，矿物油的降解性很差， 所以废弃的矿物油对环境的污染的潜在威胁就很大。近年来已有越来越多的企业在热处理时 放弃使用油淬火，而采用各种水溶性高分子有机物水溶液为合金钢淬火的冷却介质。

经检索，中国专利公开号为CN 101660027 A，申请日为2008年8月29日的专利申请文 件公开了一种水溶性聚醚淬火介质，按重量百分比计其组分及含量：水溶性聚醚1～30％、防 锈剂0.1～1.0％、消泡剂100～500ppm、复合杀菌剂0.1～1.0％、pH值调节剂0.2～2％，余 量为水，水溶性聚醚是环氧乙烷和环氧丙烷的缩合物，数均分子量Mn小于20000。中国专利 公开号为CN 103981342 A，申请日为2014年4月28日的专利申请文件公开了一种耐磨材料 工件淬火剂，包括以下重量百分比的原料：氢氧化钠6-12％，氯化锌6-8％，磺化蓖麻油 0.01-0.03％，聚酰胺聚乙二醇1-5％，丙烯酸2-5％，丙烯酸酯5-10％，添加剂0.1-2％，余 量为水。

但是这些淬火剂的主要成分是水，冷却速度过高。35CrMo钢制大型轴锻件因其材料淬透 性较好，尺寸比较大，加热后应力比较集中，对其淬火时很难在较短的时间内将热量均匀发 散，容易形成表面骤冷，心部过热的“脆皮”现象，如果只采用单一淬火冷却方式不但不能 获得理想的组织结构，还容易出现淬火后硬度不足、内部组织形态不均匀、发生淬火开裂的 情况，因此，这类零件的热处理过程比较复杂，淬火时间也较长，通常要用双液或三液淬火， 操作工序繁琐，造成淬火成本高、生产效率低。因此需要研究一种专门适用于35CrMo钢制 大型轴锻件的淬火液，降低淬火成本，提高生产效率。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的35CrMo钢制大型轴锻件的淬火剂存在淬火效果差、淬火后硬度不足、内部 组织形态不均匀、易发生开裂、成本高等问题，本发明提供一种用于35CrMo制大型轴锻件 的专用淬火液，本发明的淬火液在高温阶段冷速略高于淬火油而接近普通蒸馏水，Ar1温度 时冷却速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo钢制大型轴锻件在正火后，淬火刚入 油时表面均匀冷速，在低温阶段换热缓慢，有效释放组织应力，防止淬火开裂。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，其特征在于：其组成成份及质量份数为： 聚丙烯-甲基丙烯酸共聚物与聚丙烯酰胺混合物8-12份，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物2-4 份，聚酰胺聚乙二醇2-4份，消泡剂0.5-0.6份，水3-7份。

优选地，所述的聚丙烯-甲基丙烯酸共聚物与聚丙烯酰胺混合物10份，环氧乙烷和环氧 丙烷无规共聚物3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡剂0.4份，水5份。

优选地，所述的聚丙烯-甲基丙烯酸共聚物与聚丙烯酰胺混合物中聚丙烯-甲基丙烯酸共 聚物与聚丙烯酰胺的质量比为1:1。

优选地，组成成份中还含有分散剂2-5份，所述的分散剂为聚二甲基硅氧烷。

优选地，所述的消泡剂为均分子量为6000-8000的聚醚。

优选地，所述的环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物的均分子量为20000-30000。

优选地，一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液在35CrMo制大型轴锻件淬火中 的应用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，以多种聚合物为原料制备得到，主 要适合用于35CrMo钢制大型轴锻件(直径400-500mm，长度5-10米)淬火，35CrMo钢制 大型轴锻件因其材料淬透性较好，尺寸比较大，加热后应力比较集中，对其淬火时很难在较 短的时间内将热量均匀发散，容易形成表面骤冷，心部过热的“脆皮”现象，如果只采用单 一淬火冷却方式很难获得理想的组织结构，而本发明中的淬火液能够有效避免用普通快速淬 火油淬火后硬度不足、内部组织形态不均匀、易开裂等风险；

(2)本发明的淬火液组分中，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物含量相对较少，与聚丙烯 -甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺混合物以及聚酰胺聚乙二醇配合使用能得到非常优异的淬火效果， 有效克服了环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物易受污染、易变质失效等缺陷；

(3)本发明的淬火液提供一种高温阶段冷速略高于淬火油而接近普通蒸馏水，Ar1温度 时冷却速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo钢制大型轴锻件在正火后，淬火刚入 油时表面均匀冷速，在低温阶段换热缓慢，有效释放组织应力，防止淬火开裂；

(4)本发明的淬火液能一次完成对35CrMo制大型轴锻件的淬火，工艺简单，改变了传 统双液、三液淬火工艺，能够有效避免35CrMo钢大型轴锻件淬火开裂，淬火效果好；

(5)本发明的淬火液经发明人长期的实验结果证明其组分中的环氧乙烷和环氧丙烷无规 共聚物的均分子量为30000时，淬火效果最好，尤其适用于结构复杂的(如有槽、孔等结构) 35CrMo制大型轴锻件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，其组成成份及质量份数为：聚丙烯-甲基 丙烯酸共聚物(简称PP-g-GAM，购自杭州拓目科技有限公司)与聚丙烯酰胺混合物10份(聚 丙烯-甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺的质量比为1:1)，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物(均分子量 为20000)3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡剂(聚醚，均分子量为6000)0.4份，水5份， 分散剂(聚二甲基硅氧烷)4份。

本实施例的淬火液最大冷速可达到160-180℃/s，当35CrMo钢制大型轴锻件温度降至 300-400℃时，冷速可降低到20-30℃/s，适合长度在8-10米(直径为400-500mm)的轴锻件。

为了得到上述的物质，一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液的制备方法，其步 骤为：

(a)按比例称取5份的聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物和5份的聚丙烯酰胺在28℃条件下加 入带有搅拌装置的调和釜中搅拌均匀(搅拌速度为200rpm)，得到聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物 与聚丙烯酰胺的固态混合物；

(b)将步骤(a)中的调和釜加热至60℃，然后按比例称取3份水加入调和釜中搅拌30 min(搅拌速度为200rpm)后冷却至37℃，然后加入2份分散剂混合均匀得到淬火液A液；

(c)按比例称取3份环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物、3份聚酰胺聚乙二醇和2份水加 热至37℃混合均匀，然后加入2份分散剂搅拌混合均匀(搅拌速度为200rpm)得到淬火液B 液；

(d)将步骤(c)中得到的淬火液B液以0.4份/min的速度滴加入步骤(b)中的调和釜 中与A液搅拌混合均匀(搅拌速度为400rpm)，同时加入0.4份消泡剂；

(e)搅拌0.8h(搅拌速度为400rpm)后冷却至室温静置1.5h，得到用于35CrMo制大 型轴锻件的专用淬火液。

本实施例条件下制备的淬火液具有分散性好，耐储存的优点，在淬火过程中不发生团聚 等影响淬火效果的变质现象，对35CrMo制大型轴锻件的冷速十分缓慢，可有效缓解零件组 织应力，防止变形、开裂。

实施例2

一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，其组成成份及质量份数为：聚丙烯-甲基 丙烯酸共聚物(简称PP-g-GAM，购自杭州拓目科技有限公司)与聚丙烯酰胺混合物8份(聚 丙烯-甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺的质量比为1:1)，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物(均分子量 为25000)4份，聚酰胺聚乙二醇2份，消泡剂(聚醚，均分子量为8000)0.5份，水7份， 分散剂(聚二甲基硅氧烷)2份。

本实施例的淬火液最大冷速可达到180-190℃/s，当35CrMo钢制大型轴锻件在淬火过程 中温度降至300-400℃时冷速可降低到20-35℃/s，特别适合长度在5-8米(直径为400-500mm) 的轴锻件。

为了得到上述的物质，一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液的制备方法，其步 骤为：

(a)按比例称取4份的聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物和4份的聚丙烯酰胺在30℃条件下加 入带有搅拌装置的调和釜中搅拌均匀(搅拌速度为240rpm)，得到聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物 与聚丙烯酰胺的固态混合物；

(b)将步骤(a)中的调和釜加热至55℃，然后按比例称取4份水加入调和釜中搅拌30 min(搅拌速度为240rpm)后冷却至30℃，然后加入1.2份分散剂混合均匀得到淬火液A液；

(c)按比例称取4份环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物、2份聚酰胺聚乙二醇和3份水加 热至30℃混合均匀，然后加入0.8份分散剂搅拌混合均匀(搅拌速度为240rpm)得到淬火液 B液；

(d)将步骤(c)中得到的淬火液B液以0.2份/min的速度滴加入步骤(b)中的调和釜 中与A液搅拌混合均匀(搅拌速度为500rpm)，同时加入0.5份消泡剂；

(e)搅拌0.5h(搅拌速度为500rpm)后冷却至室温静置1h，得到用于35CrMo制大 型轴锻件的专用淬火液。

本实施条件下制备的淬火液具有分散性好，耐储存的优点，在淬火过程中不发生团聚等 影响淬火效果的变质现象，具有高温冷速偏慢，低温冷速接近油的优势，特别适用于尺寸在 5-8米的轴锻件。

实施例3

一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液，其组成成份及质量份数为：聚丙烯-甲基 丙烯酸共聚物(简称PP-g-GAM，购自杭州拓目科技有限公司)与聚丙烯酰胺混合物12份(聚 丙烯-甲基丙烯酸与聚丙烯酰胺的质量比为1:1)，环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物(均分子量 为30000)2份，聚酰胺聚乙二醇4份，消泡剂(聚醚，均分子量为7000)0.6份，水3份， 分散剂(聚二甲基硅氧烷)5份。

该淬火液最大冷速可达到135-155℃/s，当35CrMo钢制大型轴锻件温度降至300-400℃ 时，轴锻件的冷速可降低到20-35℃/s，特别适合长度为8-10米形状复杂(如有槽、孔)的轴 锻件。

为了得到上述的物质，一种用于35CrMo制大型轴锻件的专用淬火液的制备方法，其步 骤为：

(a)按比例称取6份的聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物和6份的聚丙烯酰胺在35℃条件下加 入带有搅拌装置的调和釜中搅拌均匀(搅拌速度为300rpm)，得到聚丙烯-甲基丙烯酸聚合物 与聚丙烯酰胺的固态混合物；

(b)将步骤(a)中的调和釜加热至70℃，然后按比例称取1.5份水加入调和釜中搅拌 30min(搅拌速度为300rpm)后冷却至40℃，然后加入3份分散剂混合均匀得到淬火液A 液；

(c)按比例称取2份环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物、4份聚酰胺聚乙二醇和1.5份水 加热至40℃混合均匀，然后加入2份分散剂搅拌混合均匀(搅拌速度为300rpm)得到淬火 液B液；

(d)将步骤(c)中得到的淬火液B液以0.5份/min的速度滴加入步骤(b)中的调和釜 中与A液搅拌混合均匀(搅拌速度为300rpm)，同时加入0.6份消泡剂；

(e)搅拌1h(搅拌速度为300rpm)后冷却至室温静置2h，得到用于35CrMo制大型 轴锻件的专用淬火液。

本实施条件下制备的淬火液具有分散性好，耐储存的优点，在淬火过程中不发生团聚等 影响淬火效果的变质现象，具有高温冷速非常慢，低温冷速接近油的优势，特别适用于尺寸 在8-10米的形状复杂(如有槽、孔)的轴锻件，淬火效果好。