一种50Mn钢专用淬火液的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于热处理淬火技术领域，更具体地说，涉及一种50Mn钢专用淬火液的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]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，人们又研制以矿物油为基的含有各种添加剂的淬火油，矿物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。如，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I?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。中国专利申请号为92106708.9，申请日为1992年9月10日的专利申请文件公开了一种球铁磨球的硅酸盐水溶液淬火处理工艺，以硅酸盐水溶掖作为球铁磨球及磨球衬板的热处理介质。在所述的热处理介质的总量中，水玻璃为10%至20%，其余为水，淬火温度以50°C以下为宜。上述这些淬火剂的主要成分是水，冷却速度过高，容易出现淬火后硬度过大、内部组织形态不均匀、发生淬火开裂的情况。
[0003]为了克服上述不足之处，中国专利公布号为CN 103205541 A，申请日为2013年4月23日的专利申请文件公开了一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂及其使用方法，该复配缓蚀淬火剂由以下按重量份数计的组分混合得到:羧甲基纤维素钠O?I份、聚丙烯酸钠O?I份、苯甲酸钠0.1?I份、三乙醇胺0.1?2份、钼酸钠O?0.1份、氢氧化钠O?5份、碳酸钠O?10份、水玻璃5?15份、水70?90份。但是该淬火剂组分复杂，制备工艺复杂且使用成本尚。
【发明内容】
[0004]1.要解决的问题
[0005]针对现有淬火液组分复杂、制备方法不适用于制备50Mn钢专用淬火液及现有淬火液存在冷却速度过高，容易出现淬火后硬度过大、内部组织形态不均匀、发生淬火开裂等问题，本发明提供一种50Mn钢专用淬火液的制备方法及其应用，本发明制备得到的淬火液分散性好，耐储存不易变质，且具有冷却速度均匀、淬火性能好等优点。本发明制备的淬火液可应用于50Mn钢的淬火工艺中，对50Mn钢的淬硬层深，淬火硬度均匀且内部组织形态均匀，没有淬火裂纹。
[0006]2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种50Mn专用淬火液的制备方法，该50Mn专用淬火液由水玻璃、NaOH、氯化钠和水组成，其中，水玻璃的质量分数为18.1?19.l%,NaOH的质量分数为1.1?1.3%，氯化钠的质量分数为25.2?26.3%，余量为水，其步骤为:
[0009](I)按比例称取水并将水加热；
[0010](2)将按比例称取的水玻璃加入到步骤(I)中加热后的水中搅拌使其溶解，得到水玻璃水溶液；
[0011](3)按比例称取氯化钠加入到步骤(2)中得到的水玻璃水溶液中搅拌均匀；
[0012](4)按比例加入NaOH，调节溶液的pH值；
[0013](5)停止加热，使步骤(4)中调节pH值后的淬火液冷却至室温得到50Mn钢专用淬火液。
[0014]优选地，所述的水玻璃的模数为24，波美度为56。
[0015]优选地，所述步骤(I)中加热温度为70?85°C。
[0016]优选地，所述步骤⑵中搅拌速度为30rpm，搅拌时间为0.5h。
[0017]优选地，所述步骤(3)中搅拌0.5h使溶液呈透明状后进行步骤(4)。
[0018]优选地，所述步骤(4)中调节溶液的pH值至8-10。
[0019]上述步骤制备得到的一种50Mn钢专用淬火液在50Mn钢淬火工艺中的应用。
[0020]本发明的创新点:淬火介质经历了由水溶性淬火介质向矿物油的发展历程，为了改善淬火介质的冷却性能，人们研宄了以矿物油为基础的含有各种添加剂的淬火油，使得淬火介质的组分朝着越来越复杂的方向发展，即使在后来开辟的新的研宄方向:以水溶性高分子有机物为基础的淬火液，为了获得比较理想的淬火效果，淬火液中亦添加了各种添加剂，如中国专利公开号为CN 101660027 A和中国专利公布号为CN 103205541 A公开的淬火介质，组成成分都非常复杂，然而淬火效果却很一般，且容易污染环境。尤其是伴随着回转支撑的应用场合越来越多，尤其是50Mn钢制作的回转支撑较多，但是50Mn钢制作的回转支撑的表面硬度要严格控制在55-62HRC之间，而一般的淬火剂在使用时经常会导致硬度超出这个区间，导致回转支撑报废，给企业生产造成极大的浪费。申请人在长期的淬火液研宄实验中，结合实际的应用情况，意外的发现，以水玻璃为基础，在特定浓度的水玻璃溶液中添加一定量的的氯化钠熬制一段时间至溶液呈透明状，再用碱(NaOH)调节pH至某一范围内时得到的水玻璃溶液具有优异的淬火性能，特别适用于50Mn钢的淬火工艺，尤其是适合50Mn钢加工的回转支撑。在本发明的淬火液制备过程中，温度及NaOH的加入时间对淬火液的性能影响很大，只有在本发明的温度条件下(70?85°C )及溶液呈透明状时再用NaOH调节pH后获得的淬火液性能最佳，对淬火工件的冷却速度均匀，不会出现裂纹，且淬火后的工件硬度值高，内部组织形态均匀。
[0021]3.有益效果
[0022]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0023](I)本发明提供的淬火液制备方法，在特定温度下依次将水玻璃和氯化钠加入到水中混合均匀，并且用NaOH将溶液调节至特定的pH值，制备得到50Mn钢专用淬火液，此条件下制备的淬火液分散性好，耐储存不易变质，在避光条件储存2-3年，淬火液不团聚，仍具有优异的淬火性能；
[0024](2)本发明经过长期实验摸索结合理论分析研宄发现，由特定性质的水玻璃经过合理的制备方法可以得到性能优异的淬火液，与现有组分复杂的淬火液相比，本发明的淬火液价格便宜，淬火过程中淬火液不容易发生化学变化，使用寿命长；
[0025](3)本发明的淬火液由水玻璃、NaOH、氯化钠和水组成，组分简单，成本低，但是淬火效果好，冷却速度显著优于水的冷却速度；
[0026](4)本发明的淬火液主要适用于50Mn钢轴承套圈的淬火，这类零件因过热敏感性及回火脆性，淬火时容易产生裂纹，现有的淬火液和淬火工艺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过大、内部组织形态不均勾、易开裂等风险；
[0027](5)本发明的淬火液用于50Mn钢淬火时，淬火液附着于灼热的轴承套圈表面，剧烈爆炸成雾状(崩膜)，使轴承套圈表面的蒸汽膜破坏，大大缩短了淬火工艺的蒸汽膜阶段，从而使轴承套圈的冷却速度均匀；
[0028](6)本发明制备的淬火液，在应用于50Mn钢的淬火过程中，采用折光仪监测淬火液的浓度并用水或淬火原液进行校正，使淬火液浓度波动不超过30%，以保证50Mn钢淬火后既达到要求的硬度又不出现淬火裂纹；
[0029](7)本发明制备的淬火液，在应用于50Mn钢的淬火过程中，采用冷却循环散热装置控制淬火池内的淬火液温度在25?35°C之间，保证淬火液在淬火前后温度变化不大于10°C，此条件下淬火得到的50Mn钢硬度适中，内部组织形态均匀，没有淬火裂纹。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0031]实施例1
[0032]一种50Mn钢专用淬火液，由水玻璃、NaOH、氯化钠和水组成，其中，水玻璃(购自青岛东岳泡花碱有限公司，模数为2.4，波美度为56)的质量分数为19.l%,NaOH的质量分数为1.1%，氯化钠的质量分数为25.2%，余量为水。
[0033]上述的一种50Mn钢专用淬火液的制备方法，其步骤为:
[0034](I)按比例称取水并将水加热至70°C ；
[0035](2)将按比例称取的水玻璃加入到步骤(I)中加热后的水中搅拌使其溶解，得到水玻璃水溶液，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为0.5h ；
[0036](3)按比例称取氯化钠加入到步骤(2)中得到的水玻璃水溶液中搅拌0.5h使溶液呈透明状；
[0037](4)按比例加入NaOH，调节溶液的pH值至8 ；
[0038](5)停止加热，使步骤(4)中调节pH值后的淬火液冷却至室温得到50Mn钢专用淬火液。
[0039]本实施条件下制备的淬火液具有无毒、无油烟、分散性好、使用安全等优点，在避光条件储存2年，淬火液不团聚，仍具有优异的淬火性能。将本实施例条件下制备的淬火液稀释一倍后用于50Mn钢的淬火工艺，其最大冷却速度为130°C /s，可有效缓解50Mn钢的组织应力，防止变形、开裂。
[0040]采用本实施例制备的淬火液对50Mn钢轴承套圈(直径为Im)进行淬火，其步骤为:
[0041](I)制备淬火液，按比例称取水