淬火液组合物及其用途技术领域
本发明涉及一种淬火液组合物及其用途。
背景技术
淬火是将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火介质包括空气、水、淬火油及水基淬火液等。其中，淬火油目前用量最大，广泛应用于汽车、工模具、轴承、紧固件、风电及家用电器等行业，其在低温冷却阶段冷速缓慢有利于减少工件淬火变形或开裂，但存在高温冷速慢，对一些淬透性差或大型工件容易产生硬度不足以及现场易产生油烟等问题。
而水溶性聚合物淬火液凭借其五毒、无油烟、不燃烧、使用安全可靠、冷却速度可调等优点，已在某些领域替代了传统的淬火油，是未来新型淬火介质的发展方向。文献CN1465722A公开了一种水溶性淬火介质，包括聚醚45～55％、表面活性剂0.05～0.1％、无机盐0～2.0％、无机碱0～0.6％、余量水等。文献CN102643963A公开了一种环保水溶性淬火液，由以下重量组分组成：聚醚25～90％、水2～50％、三乙醇胺0.1～10％、防腐蚀剂0.1～10％、抑垢剂0.1～5％、清洗分散剂0.1～5％、消泡剂0.01～0.1％、杀菌剂0.1～3％，其中所述的聚醚分子量为30000～50000。文献CN102816904A公开了一种铁基耐磨材料的淬火剂，包括丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、亚硫酸氢钠、甲基纤维素、淀粉磷酸酯、水解聚马来酸酐、苯甲酸钠、水等。文献CN1584063A公开了一种汽车转向节淬火剂及淬火方法，由以下重量百分比的组分组成：聚乙烯醇0.1～0.5％；聚丙烯酸盐0.01～0.1％，过硫酸铵0.01～0.1％，其余为水。
目前市场上常见的聚合物淬火液在使用过程中高中温区和低温区冷却阶段冷却速均比油快，适用于中低淬透性钢工件，但由于其在低温阶段冷却速度很快，对于高淬透性钢工件淬火后容易出现变形或开裂，限制了淬火液的使用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有淬火液冷速较大容易造成高淬透性材质工件变形开裂，限制了淬火液的使用范围，无法替代高成本的淬火油的问题，为此提供了一种新的淬火液组合物。该淬火液组合物不仅具有良好的传热性和淬透性，同时可用于替代常见的淬火油，避免了淬火油容易出现的油烟、着火等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种淬火液组合物，以重量份数计由以下组份组成：
a)45～70份的聚醚；
b)2～30份的聚乙烯吡咯烷酮；
c)5～8份的防锈剂；
d)0.005～0.15份的消泡剂；
e)0.1～5份的三乙醇胺；
f)20～80份的水。
上述技术方案中，优选地，所述聚醚40℃时的黏度为30000～100000mm2/s。
上述技术方案中，优选地，所述聚乙烯吡络烷酮的分子量为20000～450000。
上述技术方案中，优选地，所述防锈剂选自硼酸酯、羧酸胺或羧酸醇铵盐中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述消泡剂选自有机硅、聚醚有机硅或聚乙二醇中的至少一种。
本发明所述的淬火液组合物，用于解决传统淬火液冷速较大容易造成高淬透性材质工件变形开裂，限制了淬火液的使用范围，无法替代高成本的淬火油的问题，可用于高淬透性材料或中小型低碳钢的淬火。
本发明所述淬火液组合物的制备方法如下：将正确计量的水加入调合釜，依次加入所需量的聚醚、聚乙烯吡咯烷酮、防锈剂、消泡剂、三乙醇胺，在常温下搅拌2～10小时得到无色透明液体即为所述组合物。
本发明淬火液组合物由于充分利用了聚醚、聚乙烯吡咯烷酮和三乙醇胺、防锈剂、消泡剂的协同作用，相比现有淬火液组合物，该淬火液组合物在高温区和低温区冷速均有所降低，具有类似淬火油的冷却特性，从而有效降低了工件淬火变形和开裂的风险，能够用于替代常见淬火油产品，同时具有无毒、无油烟、安全环保、免清洗的优点。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1～4】
将正确计量的水加入调合釜，依次加入所需量的聚醚、聚乙烯吡咯烷酮和防锈剂、消泡剂、三乙醇胺，在常温下搅拌2～10小时即得到无色透明液体。使用前，将所得到的淬火液组合物用水稀释(10重量％)进行淬火。
淬火液组合物中各组分及含量见表1，其相应性能指标结果见表2。表1中，
聚醚：和氏璧化工有限公司；
聚乙烯吡咯烷酮：阿拉丁试剂；
硼酸酯：上海宏泽化工有限公司；
羧酸胺：上海宏泽化工有限公司；
羧酸醇铵盐：上海宏泽化工有限公司；
聚醚有机硅：上海裕诚化工有限公司；
有机硅：上海裕诚化工有限公司；
聚乙二醇：上海裕诚化工有限公司；
三乙醇胺：思敏化工贸易(上海)有限公司
通过采用ISO9950的测试方法，利用IVFquenchotest冷却性能测试仪，测定各个淬火剂的冷却性能。
对不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮与聚醚及其他添加剂组成的组合物进行冷却性能考察。当聚乙烯吡咯烷酮分子量范围为20000～450000，聚醚黏度为45000mm2/s时，其最大冷速与市场常见淬火油相似，最大冷速所在温度比市场常见淬火油高很多，300℃冷速与淬火油相近，可以在充分淬冷零件的同时有效的防止工件变形开裂，避免了油品淬火有油烟，不易清洗等缺点，能够有效的代替常见淬火油。与市场常见聚醚淬火液相比，其最大冷速、300℃冷速较低，有效的拓展了水溶性淬火液的使用范围。随着聚乙烯吡咯烷酮的分子量的提升，最大冷速和300℃冷速有所降低，能够更有效的防止零件变形开裂等情况的出现。
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【比较例1～4】
当聚醚的黏度高于100000mm2/s时，与聚乙烯吡咯烷酮等组成的淬火液组合物，最大冷速与市场常见聚醚淬火液相比有所降低，但300℃冷速基本与常见聚醚淬火液相似，比淬火油等快很多，且其最大冷速所在温度较低，导致快速冷却区在较低温度范围内进行，不能够达到减少工件开裂变形的目的。当聚醚黏度低于30000mm2/s，其最大冷速与实施例1～4相似，但其最大冷速所在温度与300℃冷速表现出与黏度高于100000mm2/s时相似的情况，不能解决高淬透性材质工件淬火时易出现变形或开裂问题，无法替代市场现有的淬火油产品。
【实施例5】
将【实施例1～4】的淬火液组合物在20～40℃下，用于替代市场某种淬火油淬火工艺。在某热处理厂使用过程中，工件淬火后没有出现变形或开裂的现象，工件表面质量良好，硬度、淬透层深、金相组织等指标满足要求，现场无油烟、不着火、免清洗，符合安全、环保要求。