本发明属于淬火液技术领域，更具体地说，涉及一种低温冷速接近淬火油的淬火液及其制备方法和应用。
背景技术：
淬火是热处理工艺中的一个重要工序。通过淬火处理可使金属材料的各项性能，如强度、硬度、韧性、抗腐蚀性能、耐磨性能、抗疲劳性能以及工艺性能等都会有很大的改善，可充分发挥金属材料的潜力，以满足各种产品工件对金属材料的要求。工件在淬火过程中，由于处理不当，往往会发生金相组织或机械性能达不到要求，以及出现变形、开裂、软点等缺陷。这些疵病的产生，除了与钢材的化学成分、原始状态、工件的形状尺寸和加热工艺规范等因素有关外，还与所选用的淬火冷却介质及冷却方法有密切的关系。现在淬火过程中常用的淬火介质有两种：淬火液和淬火油，淬火冷却介质的正确选择成为热处理淬火工艺的关键。
淬火液的作用是为了保证奥氏体能以超过临界冷却速度的速度冷却，从而得到马氏体组织，达到淬火的目的。当然淬火液的冷却能力要求对不同的钢种来说有很大差别。奥氏体稳定性越高对淬火液的冷却能力要求越低，反之越高。
淬火油几乎都是有较高闪点的矿物油，这些油的比热容约为自来水的1/2，热导率约为自来水的1/4，对流开始温度高，加上黏度远比水高，使淬火油的冷却速度，尤其是低温阶段的冷却速度远比水低。由于这样的原因，绝大多数工件在油中淬火(包括各种快速油中)没有淬裂危险，而通常担心的是油的冷却速度较低，使较厚大的工件或淬透性稍低的钢种达不到要求的淬火硬度和淬硬深度，并因此发生较大的变形。特别是对于材质为中碳合金钢的中小型锻件以及复杂型锻件的淬火，这类零件的淬火介质选择比较困难，容易出现水淬开裂，油淬不硬情况。因此针对这类材质的淬火，出现了一系列的淬火介质报道。如，中国专利申请号为201410175256.6，申请公布日为2014年8月13日的专利申请文件公开了一种中碳合金钢耐磨材料淬火剂，包括以下重量百分比的原料：氢氧化钠6-8％，氯化锌6-8％，氯化钠1-5％，磺化蓖麻油0.01-0.03％，消泡剂0.01-0.05％，肥皂0.1-0.5％，防腐剂0.1-0.4％，防锈剂0.1-0.5％，润滑剂0.1-0.5％，杀菌剂0.1-0.5％，余量为水。该发明公开的是一种水性淬火液，冷却速度比较快，容易产生淬裂。中国专利申请号为201310581767.3，申请公布日为2014年3月26日的专利申请文件公开了了一种用于中碳合金钢工件表面中频淬火的介质，按重量配比包括如下成分配制而成的原液：石油黄酸钡：9-10％；磺化油DAH：14-15％；三乙醇胺油酸皂：9-10％；蓖麻油钠皂14-15％；苯骈三氮唑14-15％；5号、6号或4号高速机油：29-30％；油酸：5-11％。该发明公开的是一种淬火油，适用于中碳合金钢工件表面中频淬火，而对于工件的整体淬火不适用，达不到淬火硬度。
目前国内外使用比较多的是PAG淬火液，PAG淬火液是由聚烷撑乙二醇(Polyaleneglycol)聚合物加添加剂中的水溶剂的水溶性淬火介质。而PAG淬火液虽然高温冷速介于水和油之间，但低温冷速(300℃)仍较快，容易因组织转变过快而产生组织应力，从而导致零件的变形和开裂，且PAG淬火液具有逆溶性，溶液内有机成分容易因温度过高而出现凝聚析出在工件表面，从而被工件带出，所以PAG淬火液在使用过程中温度需严格控制。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有的淬火液不适用于中碳合金钢淬火的问题，本发明提供一种低温冷速接近淬火油的淬火液，本发明的淬火液不具有逆溶性，在使用过程无需严格控制温度，且其具有高温冷速比油快，但低温冷速接近淬火油。
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：
一种低温冷速接近淬火油的淬火液，其组成成份及质量份数为：聚乙烯吡咯烷酮混合物9-15份，聚丙烯酰胺6-10份，不干性短油度醇酸树脂5-8份，聚乙烯醇3-5份，杀菌剂2-3份，消泡剂1-2份，水15-25份。
更进一步地，所述的聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮混合得到。
更进一步地，所述的聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按照质量比例7:3混合。
更进一步地，所述的杀菌剂为羟乙基六氢均三嗪或吗啉类衍生物。
更进一步地，所述的消泡剂为正十六醇或聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或聚二甲基硅氧烷。
更进一步地，所述的不干性短油度醇酸树脂用改性的短油度醇酸树脂替换，所述的改性的短油度醇酸树脂为石油树脂改性短油度醇酸树脂得到。
上述的一种低温冷速接近淬火油的淬火液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按比例混合均匀；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮混合物与水溶解，然后加入聚乙烯醇，加热至40～50℃；
(3)按比例加入聚丙烯酰胺、不干性短油度醇酸树脂和消泡剂混合均匀；
(4)冷却至室温后，加入杀菌剂搅拌均匀。
上述的低温冷速接近淬火油的淬火液在中碳合金钢淬火领域中的应用。
上述的低温冷速接近淬火油的淬火液在中小型中碳合金钢锻件的淬火领域中应用，所述的中小型锻件是指直径在60～100mm范围内。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的淬火液专适用于材质为中碳合金钢的中小型锻件以及复杂型锻件的淬火，这类零件的淬火介质选择比较困难，容易出现水淬开裂，油淬不硬情况，主要是因为水淬冷速太快，油淬冷速太慢，理想的淬火液是高温时冷速快，而到低温时冷速慢，这样淬火后的锻件硬度足够，同时内部组织形态均匀，不易发生开裂；
(2)本发明的淬火液，在高温时冷速接近水性淬火介质，在低温时冷速接近淬火油，这一独特的属性是淬火介质领域中的理想状态；
(3)本发明的淬火液，在淬火过程中不具有逆溶性，不会因为温度过高而出现凝聚在锻件表面被工件带出，因此在使用过程中温度控制不如PAG淬火液那么严格；
(4)本发明中的淬火液，k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮相混合使用，然后与聚丙烯酰胺、不干性短油度醇酸树脂、聚乙烯醇相互配合，才能得到高温冷速快、低温冷速慢的淬火液，满足中碳合金钢的中小型锻件以及复杂型锻件的淬火需求；
(5)材质为中碳合金钢的中小型锻件，特别是复杂型锻件，由于锻件可能存在一些折角、凹坑等特殊结构，对淬火液的要求比较高，普通的淬火液出现淬裂的可能性非常高，而本发明的淬火液能有效避免这一缺陷。
附图说明
图1为本发明的淬火液与现有淬火油的冷却曲线对比图。
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
一种低温冷速接近淬火油的淬火液，其组成成份及质量份数为：聚乙烯吡咯烷酮混合物9份，聚丙烯酰胺10份，不干性短油度醇酸树脂7份，聚乙烯醇3份，杀菌剂(羟乙基六氢均三嗪)3份，消泡剂(正十六醇)1份，水15份。其中，聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按照质量比例7:3混合得到。聚乙烯吡咯烷酮的不同k值分别代表相应的平均分子量范围，k值在29-32的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为58000，k值在5-95的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为1,300,000。一般k值越大，其粘度越大。
上述的一种低温冷速接近淬火油的淬火液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按比例混合均匀；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮混合物与水溶解，然后加入聚乙烯醇，加热至40℃左右；
(3)按比例加入聚丙烯酰胺、不干性短油度醇酸树脂和消泡剂混合均匀；
(4)冷却至室温后，加入杀菌剂搅拌均匀。
本实施例中的淬火液是水性淬火液，可以与水任意比例互溶，无逆溶点，冷却特性优异，经济环保，是中碳合金钢的首选。
将本实施例中的淬火液与普通的淬火油(以精制基础油为主要成分的淬火油，各组分组成比例为精制基础油38份，催冷复剂8份，发黑复剂0.5份，光亮剂0.3份，表面活性剂0.6份，抗氧化剂0.02份)进行对比实验，测定两者的冷却曲线，如图1所示，本实施例的淬火液具有高温冷速比油快，但低温冷速接近淬火油的独特属性。目前常用的PAG淬火液虽然高温冷速介于水和油之间，但低温冷速(300℃)仍较快，容易因组织转变过快而产生组织应力，从而导致零件的变形和开裂，且PAG淬火液具有逆溶性，溶液内有机成分容易因温度过高而出现凝聚析出在工件表面，从而被工件带出，所以PAG淬火液在使用过程中温度需严格控制。本发明的产品不具有逆溶性，在使用过程无需严格控制温度。
本发明中的淬火液在低温时冷速接近淬火油，专适用于中碳合金钢的中小型锻件的淬火需求，特别是针对一些复杂型锻件的淬火，这里所说的中小型锻件是指直径在60～100mm范围内的锻件。
实施例2
一种低温冷速接近淬火油的淬火液，其组成成份及质量份数为：聚乙烯吡咯烷酮混合物15份，聚丙烯酰胺6份，不干性短油度醇酸树脂5份，聚乙烯醇4份，杀菌剂(吗啉类衍生物)2份，消泡剂(聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚)2份，水20份。其中，聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按照质量比例7:3混合得到。聚乙烯吡咯烷酮的不同k值分别代表相应的平均分子量范围，k值在29-32的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为58000，k值在5-95的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为1,300,000。一般k值越大，其粘度越大。
上述的一种低温冷速接近淬火油的淬火液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按比例混合均匀；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮混合物与水溶解，然后加入聚乙烯醇，加热至50℃左右；
(3)按比例加入聚丙烯酰胺、不干性短油度醇酸树脂和消泡剂混合均匀；
(4)冷却至室温后，加入杀菌剂搅拌均匀。
本实施例中的淬火液是水性淬火液，可以与水任意比例互溶，无逆溶点，冷却特性优异，经济环保，是中碳合金钢的首选。
将本实施例中的淬火液与普通的淬火油(以精制基础油为主要成分的淬火油，各组分组成比例为精制基础油38份，催冷复剂8份，发黑复剂0.5份，光亮剂0.3份，表面活性剂0.6份，抗氧化剂0.02份)进行对比实验，测定两者的冷却曲线，可以明显知道本实施例的淬火液具有高温冷速比油快，但低温冷速接近淬火油的独特属性。
本发明中的淬火液在低温时冷速接近淬火油，专适用于中碳合金钢的中小型锻件的淬火需求，特别是针对一些复杂型锻件的淬火，这里所说的中小型锻件是指直径在60～100mm范围内的锻件。
实施例3
一种低温冷速接近淬火油的淬火液，其组成成份及质量份数为：聚乙烯吡咯烷酮混合物10份，聚丙烯酰胺8份，不干性短油度醇酸树脂8份，聚乙烯醇5份，杀菌剂(吗啉类衍生物)3份，消泡剂(聚二甲基硅氧烷)2份，水25份。其中，聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按照质量比例7:3混合得到。
上述的一种低温冷速接近淬火油的淬火液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按比例混合均匀；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮混合物与水溶解，然后加入聚乙烯醇，加热至45℃左右；
(3)按比例加入聚丙烯酰胺、不干性短油度醇酸树脂和消泡剂混合均匀；
(4)冷却至室温后，加入杀菌剂搅拌均匀。
本实施例中的淬火液是水性淬火液，可以与水任意比例互溶，无逆溶点，冷却特性优异，经济环保，是中碳合金钢的首选。
将本实施例中的淬火液与普通的淬火油(以精制基础油为主要成分的淬火油，各组分组成比例为精制基础油38份，催冷复剂8份，发黑复剂0.5份，光亮剂0.3份，表面活性剂0.6份，抗氧化剂0.02份)进行对比实验，测定两者的冷却曲线，可以明显知道本实施例的淬火液具有高温冷速比油快，但低温冷速接近淬火油的独特属性。
本发明中的淬火液在低温时冷速接近淬火油，专适用于中碳合金钢的中小型锻件的淬火需求，特别是针对一些复杂型锻件的淬火，这里所说的中小型锻件是指直径在60～100mm范围内的锻件。
实施例4
本实施例中的淬火液将实施例1中的不干性短油度醇酸树脂用改性的短油度醇酸树脂替换，改性的短油度醇酸树脂为C5石油树脂改性短油度醇酸树脂得到，C5石油树脂是利用石油裂解后产生的烯烃或环烯烃馏分聚合而成的低分子量热塑性树脂，由连续性生产工艺制造。产品质量稳定可靠，外观呈浅黄色透明颗粒固体，无味，具有优良的溶解性、相溶性、粘接性、耐水性、耐候性、热稳定性、对酸碱具有化学稳定性。具体的改性方法为：将C5石油树脂与短油度醇酸树脂按照1:1的质量比加入到装有温度计、电动搅拌器和冷凝管的玻璃烧瓶中，在搅拌条件下加热至95℃，待石油树脂完全溶解后保温1h，然后冷却至室温，过滤出料，得到所需的改性短油度醇酸树脂。
一种低温冷速接近淬火油的淬火液，其组成成份及质量份数为：聚乙烯吡咯烷酮混合物9份，聚丙烯酰胺10份，改性短油度醇酸树脂7份，聚乙烯醇3份，杀菌剂(羟乙基六氢均三嗪)3份，消泡剂(正十六醇)1份，水15份。其中，聚乙烯吡咯烷酮混合物是由k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按照质量比例7:3混合得到。聚乙烯吡咯烷酮的不同k值分别代表相应的平均分子量范围，k值在29-32的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为58000，k值在5-95的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为1,300,000。一般k值越大，其粘度越大。
上述的一种低温冷速接近淬火油的淬火液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将k值29-32的聚乙烯吡咯烷酮与k值85-95的聚乙烯吡咯烷酮按比例混合均匀；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮混合物与水溶解，然后加入聚乙烯醇，加热至40℃左右；
(3)按比例加入聚丙烯酰胺、改性短油度醇酸树脂和消泡剂混合均匀；
(4)冷却至室温后，加入杀菌剂搅拌均匀。
本实施中，用改性短油度醇酸树脂替代不干性短油度醇酸树脂，最后得到的淬火液具有非常好的淬火效果
将本实施例中的淬火液与普通的淬火油(以精制基础油为主要成分的淬火油，各组分组成比例为精制基础油38份，催冷复剂8份，发黑复剂0.5份，光亮剂0.3份，表面活性剂0.6份，抗氧化剂0.02份)进行对比实验，测定两者的冷却曲线，可以明显知道本实施例的淬火液具有高温冷速比油快，但低温冷速接近淬火油的独特属性。
本发明中的淬火液在低温时冷速接近淬火油，专适用于中碳合金钢的中小型锻件的淬火需求，特别是针对一些复杂型锻件的淬火，这里所说的中小型锻件是指直径在60～100mm范围内的锻件。