专利名称：用于热模具钢的水溶性淬火介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是热处理用水溶性淬火介质，特征是用于热模具钢的水溶性淬火介质。
背景技术：
热处理中使用水溶性淬火介质日益普及，最具代表的是PAG类水溶性淬火介质， 对于中低碳钢如30#、45#，中低合金钢如40Cr、42Cr、35Cr等均采用PAG类水溶性淬火介质进行热处理，在硬度、金相组织、抗拉强度、屈服强度、变形量等方面能够满足工业生产要求，例如汽车用曲轴、半轴、前桥、农用机械等的热处理。但普通PAG类水溶性淬火介质也存在局限性，并不适用热模具钢的淬火处理，例如并不适用于4Cr5MoSiVl、5CrNiM。、5CrMnMo热模具钢的淬火处理。热模具钢的淬火热处理目前仍然使用淬火油，尚未有PAG类水溶性淬火介质在模具钢热处理方面应用的公开资料报道。我国聚烷撑二醇类(PAG)水溶性淬火介质，近几年来也有了一定程度的发展，但也存在着诸多不足，如CN201110052521. 8专利文献报道的聚烷撑二醇类水溶性淬火介质，分子量在5000-30000，其组成比例为聚烷撑二醇(分子量:20000-30000) 0. 5-20%, 聚烷撑二醇(分子量5000-15000) 0. 5-30%,防锈剂0. 5-1. 5%，消泡剂0. 1-0. 2%，杀菌剂 300PPM-800PPM，表面活性剂200PPM-500PPM，PH值调节剂0. 1_5%，其余为水。该淬火介质适用于大型铸锻件的淬火热处理，其特点在于通过调整浓度来调整淬火冷却速度，提高淬火介质的适用范围。CN02132504. 9专利文献报道的聚烷撑二醇类水溶性淬火介质，聚烷撑二醇分子量在4000-15000，其组成比例为聚烷撑二醇45-55%，表面活性剂为0. 05-0. 1%，无机盐 0-2. 0%,无机碱0-0. 6%，杀菌剂200PPM，自来水余量。该产品主要用于碳钢淬火，其特点为价格低廉、环保。CN200810119463专利文献报道的聚烷撑二醇类水溶性淬火介质，聚烷撑二醇分子量在2000以下，其组成比例为聚烷撑二醇1-30%,防锈剂0. 1-1. 0%，消泡剂100-500PPM, 复合杀菌剂0. 1-1. 0%，ΡΗ值调节剂0. 2-2. 0%，余量为水。该淬火介质原料易得，价格低廉， 适合中低碳钢淬火。普通碳钢、中低合金钢热处理，采用单一聚烷撑二醇类水溶性淬火介质即能满足热处理淬火要求，但热模具钢H13 (4Cr5MoSiVl)、5CrMnMo、5CrNiMo等具有高淬透性、高抗热裂能力、优异耐磨性能的金属工件在淬火时就要求淬火介质具有油类介质的低冷速，但普通PAG类淬火剂冷速普遍偏高，不能满足热模具钢淬火要求。热模具钢特点(1)模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时，其模腔表面温度可达 300-400°C，这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。 为此，对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度、高温强度、高的回火稳定性。(2)模腔表层金属产生热疲劳(龟裂)。热模的工作特点是具有间歇性，反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，引起模腔表层出现龟裂，称为热疲劳现象，因此对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求，即具有高的热疲劳抗力。热磨具钢材料以4Cr5M0SiVl、5CrNiM0、5CrMnM0为代表，它们都具有高的淬透性和抗热裂能力、优异的耐磨性以及优良的综合力学性能和较高抗回火稳定性。由于热模具钢在使用过程中对其金属性能有较高要求，因此该类钢在淬火过程中对淬火剂也提出了较高的要求。目前该类钢材淬火都使用淬火油。但淬火油使用成本高、 易燃、环保性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于热模具钢的水溶性淬火介质，该介质具有低冷速、 低成本、不易燃、环保等特点。根据热模具钢的金属材质特性，结合淬火介质的化学特性，通过合理的调配使发明的淬火剂充分满足了热模具钢淬火的要求。本发明原料组成重量比
A聚烷撑二醇(分子量22000)35-45 份B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36万)5-10 份C防锈剂2-5份D杀菌剂2X10—4 份EPH调节剂2-5份F沉降剂0.5份G消泡剂0.2份H水35-55 份
本发明配方中各组分具体成分如下
聚烷撑二醇为一种极其粘性的、高分子量的液态聚亚氧烷基乙二醇多羧基化合物，该化合物在淬火液中作为浓缩物特别有效，分子量在22000，与水可以任意比例互溶。具有优异的成膜性能以及化学和切变稳定性，无腐蚀和不起泡，不淤积和胶结，此外，它具有良好的润滑作用，与其他材料的显著的相容性，而且在通常的使用或贮存条件下，它不受水解、 细菌、氧化或加热的影响。在金属的淬火剂配方中，聚烷撑二醇在板上平铺开来的独特性能可以控制冷却速度。
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，是一种非离子型高分子化合物，白色或乳白色的粉末固体， 其平均分子量一般用K值表示，K值通常分为K-15、K-30、K-60、K-90,分别代表1万、4万、 16万、36万的分子量范围，无逆溶性。防锈剂为水溶性防锈剂，是联合润滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032。杀菌剂为武汉新大地环保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐杀菌剂，该杀菌剂对真菌、霉菌、细菌有较强的抑制作用，可有效防止水溶性介质在使用过程中出现的质变问题。PH调节剂为三乙醇胺。沉降剂为聚丙烯酰胺，大幅降低水性溶液表面张力，在疏水性表面表现出极佳的铺展性，可改善水基液体的润湿，铺展性能，提高砂轮灰的沉降能力。
消泡剂为青岛德润凯化工有限公司代理的路博润LZ5674。 制备方法
将聚烷撑二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、防锈剂、杀菌剂、PH调节剂、沉降剂、消泡剂、 水，按配方中比例加入反应釜中，搅拌均勻，得产品。本发明适合热模具钢淬火的水溶性淬火介质，该淬火介质除具有成本低、不易燃、 环保等普通PAG所具有的性质外还具有与油相近的冷速，从而充分满足了以4Cr5MoSiVl、 5CrMnM0、5CrmM0为代表的热模具钢的淬火要求，解决了用油淬火造成的高成本、易燃、不环保等问题，是油类淬火介质的理想替代品。热作模具钢在淬火过程中，从奥氏体到马氏体的转变要求在高温区有高的冷却速度，而在低温区要有很低的冷却速度，本发明所用的介质恰好满足了上述要求。在高温区聚烷撑二醇可以保证淬火介质有很高的冷却速度，在低温区时聚乙烯吡咯烷酮发挥主要作用，使得冷却速度降低到类似于油的冷却速度，因此保证了热作模具钢的淬火要求。在热模具钢相变区250-400°C左右具有更低的冷速，保证工件热处理时安全通过相变点，从而保证工件硬度、金相组织、抗拉强度、屈服强度、变形量、抗热裂能力、耐磨性能等性能要求。
具体实施方式
实施例1 A聚烷撑二醇(分子量22000) 35份B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36万)10份C防锈剂5份D杀菌剂2X10EPH调节剂2份
-4
份
F沉降剂0. 5份
G消泡剂0. 2份
H水47份
4Cr5MoSiVl因为材料中含有较高的合金和硅，因此它的淬透性非常好，这就要求介质中影响高温区冷却速度的聚烷撑二醇成分稍低即可，而影响低温区冷却速度的聚乙烯吡咯烷酮的含量适当提高，从而保证本介质对4Cr5MoSiVl的淬火效果达到比较理想的状态。
实施例2
A聚烷撑二醇(分子量22000)
B聚乙烯吡咯烷酮(分子量36万)
C防锈剂
D杀菌剂EPH调节剂
F沉降剂
G消泡剂 H 水
45份 5份
2份
2X10—4 份 5份 0.5份 0.2份 42份
5CrNiMo这种热作模具钢因含有镍及工作条件要承受反复受热和冷却，要求有好的耐热性、耐磨性和淬透性，因此聚烷撑二醇的含量要高一些，介质的淬透性也要好一点，以保证5CrNiMo有高的淬透性，5CrNiMo的均一性更高。实施例3:
A 聚烷撑ニ醇(分子量22000) 40份 B 聚乙烯吡咯烷酮(分子量36万)8份 C 防锈剂3份
D 杀菌剂2X10—4份
E PH调节剂3份
F 沉降剂0. 5份
G 消泡剂0. 2份
H 水45份
5CrMnMo这种热作模具钢的淬透性比较差，因此需要较高含量的聚烷撑ニ醇的淬火剂 才能保证模具淬火后具有高的机械性能和高的均一性。上述实施例原料组成为重量比。表一技术指标典型值比较
权利要求
1.用于热模具钢的水溶性淬火介质，其特征是: 由原料重量配比包括A聚烷撑二醇分子量2200035-45 ^v ；B聚乙烯吡咯烷酮分子量36万5-10 份；C防锈剂2-5 份；D杀菌剂2X10—4 份EPH调节剂2-5 份；F沉降剂0.5 份；G消泡剂0.2 份；H水35-55 份；混合均勻制成。
2.根据权利要求1所述的用于热模具钢的水溶性淬火介质，其特征是防锈剂为水溶性防锈剂，是联合润滑材料(深圳)有限公司的Metali-Guard 2032 ；杀菌剂为武汉新大地环保材料有限公司代理的BASFQK-20防腐杀菌剂；PH调节剂为三乙醇胺；沉降剂为聚丙烯酰胺；消泡剂为青岛德润凯化工有限公司代理的路博润LZ5674。
全文摘要
本发明用于热模具钢的水溶性淬火介质，由聚烷撑二醇、聚乙烯吡咯烷酮、防锈剂、杀菌剂、PH调节剂、沉降剂、消泡剂、水，按配比混合均匀制得。生产成本低、不易燃、环保。替代油类淬火介质，充分满足了以4Cr5MoSiV1、5CrMnMo、5CrNiMo为代表的热模具钢的淬火要求。
文档编号C21D1/60GK102417955SQ20111042903
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者夏丹凤, 姜聚满, 李佩晓, 杨秀成, 王莎莎, 隋明来 申请人:辽宁海明化学品有限公司