專利名稱：用于熱模具鋼的水溶性淬火介質的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是熱處理用水溶性淬火介質，特征是用于熱模具鋼的水溶性淬火介質。
背景技術：
熱處理中使用水溶性淬火介質日益普及，最具代表的是PAG類水溶性淬火介質， 對于中低碳鋼如30#、45#，中低合金鋼如40Cr、42Cr、35Cr等均采用PAG類水溶性淬火介質進行熱處理，在硬度、金相組織、抗拉強度、屈服強度、變形量等方面能夠滿足工業生產要求，例如汽車用曲軸、半軸、前橋、農用機械等的熱處理。但普通PAG類水溶性淬火介質也存在局限性，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類水溶性淬火介質在模具鋼熱處理方面應用的公開資料報道。我國聚烷撐二醇類(PAG)水溶性淬火介質，近幾年來也有了一定程度的發展，但也存在著諸多不足，如CN201110052521. 8專利文獻報道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質，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值調節劑0. 1_5%，其余為水。該淬火介質適用于大型鑄鍛件的淬火熱處理，其特點在于通過調整濃度來調整淬火冷卻速度，提高淬火介質的適用范圍。CN02132504. 9專利文獻報道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質，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%，無機鹽 0-2. 0%,無機堿0-0. 6%，殺菌劑200PPM，自來水余量。該產品主要用于碳鋼淬火，其特點為價格低廉、環保。CN200810119463專利文獻報道的聚烷撐二醇類水溶性淬火介質，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, 復合殺菌劑0. 1-1. 0%，ΡΗ值調節劑0. 2-2. 0%，余量為水。該淬火介質原料易得，價格低廉， 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、優異耐磨性能的金屬工件在淬火時就要求淬火介質具有油類介質的低冷速，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(1)模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時，其模腔表面溫度可達 300-400°C，這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低，在使用中易發生打垛。 為此，對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、高溫強度、高的回火穩定性。(2)模腔表層金屬產生熱疲勞(龜裂)。熱模的工作特點是具有間歇性，反復受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產生反復的熱脹冷縮，引起模腔表層出現龜裂，稱為熱疲勞現象，因此對熱模具鋼提出了第二個基本使用性能要求，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、優異的耐磨性以及優良的綜合力學性能和較高抗回火穩定性。由于熱模具鋼在使用過程中對其金屬性能有較高要求，因此該類鋼在淬火過程中對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、環保性能差。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于熱模具鋼的水溶性淬火介質，該介質具有低冷速、 低成本、不易燃、環保等特點。根據熱模具鋼的金屬材質特性，結合淬火介質的化學特性，通過合理的調配使發明的淬火劑充分滿足了熱模具鋼淬火的要求。本發明原料組成重量比
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)5-10 份C防銹劑2-5份D殺菌劑2X10—4 份EPH調節劑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。具有優異的成膜性能以及化學和切變穩定性，無腐蝕和不起泡，不淤積和膠結，此外，它具有良好的潤滑作用，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來的獨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、4萬、 16萬、36萬的分子量范圍，無逆溶性。防銹劑為水溶性防銹劑，是聯合潤滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032。殺菌劑為武漢新大地環保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐殺菌劑，該殺菌劑對真菌、霉菌、細菌有較強的抑制作用，可有效防止水溶性介質在使用過程中出現的質變問題。PH調節劑為三乙醇胺。沉降劑為聚丙烯酰胺，大幅降低水性溶液表面張力，在疏水性表面表現出極佳的鋪展性，可改善水基液體的潤濕，鋪展性能，提高砂輪灰的沉降能力。
消泡劑為青島德潤凱化工有限公司代理的路博潤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調節劑、沉降劑、消泡劑、 水，按配方中比例加入反應釜中，攪拌均勻，得產品。本發明適合熱模具鋼淬火的水溶性淬火介質，該淬火介質除具有成本低、不易燃、 環保等普通PAG所具有的性質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、不環保等問題，是油類淬火介質的理想替代品。熱作模具鋼在淬火過程中，從奧氏體到馬氏體的轉變要求在高溫區有高的冷卻速度，而在低溫區要有很低的冷卻速度，本發明所用的介質恰好滿足了上述要求。在高溫區聚烷撐二醇可以保證淬火介質有很高的冷卻速度，在低溫區時聚乙烯吡咯烷酮發揮主要作用，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250-400°C左右具有更低的冷速，保證工件熱處理時安全通過相變點，從而保證工件硬度、金相組織、抗拉強度、屈服強度、變形量、抗熱裂能力、耐磨性能等性能要求。
具體實施方式
實施例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)10份C防銹劑5份D殺菌劑2X10EPH調節劑2份
-4
份
F沉降劑0. 5份
G消泡劑0. 2份
H水47份
4Cr5MoSiVl因為材料中含有較高的合金和硅，因此它的淬透性非常好，這就要求介質中影響高溫區冷卻速度的聚烷撐二醇成分稍低即可，而影響低溫區冷卻速度的聚乙烯吡咯烷酮的含量適當提高，從而保證本介質對4Cr5MoSiVl的淬火效果達到比較理想的狀態。
實施例2
A聚烷撐二醇(分子量22000)
B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36萬)
C防銹劑
D殺菌劑EPH調節劑
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，介質的淬透性也要好一點，以保證5CrNiMo有高的淬透性，5CrNiMo的均一性更高。實施例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)8份 C 防銹劑3份
D 殺菌劑2X10—4份
E PH調節劑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械性能和高的均一性。上述實施例原料組成為重量比。表一技術指標典型值比較
權利要求
1.用于熱模具鋼的水溶性淬火介質，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36萬5-10 份；C防銹劑2-5 份；D殺菌劑2X10—4 份EPH調節劑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.根據權利要求1所述的用于熱模具鋼的水溶性淬火介質，其特征是防銹劑為水溶性防銹劑，是聯合潤滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032 ；殺菌劑為武漢新大地環保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐殺菌劑；PH調節劑為三乙醇胺；沉降劑為聚丙烯酰胺；消泡劑為青島德潤凱化工有限公司代理的路博潤LZ5674。
全文摘要
本發明用于熱模具鋼的水溶性淬火介質，由聚烷撐二醇、聚乙烯吡咯烷酮、防銹劑、殺菌劑、PH調節劑、沉降劑、消泡劑、水，按配比混合均勻制得。生產成本低、不易燃、環保。替代油類淬火介質，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C21D1/60GK102417955SQ20111042903
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者夏丹鳳, 姜聚滿, 李佩曉, 楊秀成, 王莎莎, 隋明來 申請人:遼寧海明化學品有限公司