水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2016-11-18 09:43:10
水基淬火液是一種聚合物淬火介質(zhì)，主要由高分子聚合物、殺菌劑、活化劑及水構(gòu)成。其為黏性的綠色溶液，不含亞硝酸鹽類或其他任何有害物質(zhì)，與水無限溶解。通過下面的介紹來了解一下水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用。
水基淬火液的基本特性
濁點(diǎn)及逆溶性：水基淬火液為可逆溶性聚合物淬火介質(zhì)，濁點(diǎn)溫度為70℃，pH值(5%/20℃)為8.8～9.2。
冷卻特性：一定濃度的水基淬火溶液冷卻熾熱金屬時(shí)，金屬表面溶液濃度很快達(dá)到逆溶點(diǎn)，聚合物析出，黏附在金屬表面，形成一層聚合物隔離膜。隔離膜導(dǎo)熱性差，并有隔熱作用，從而降低了冷卻速度。通過改變?nèi)芤簼舛?、溫度、攪拌速度，?duì)淬火冷卻速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得水一油之間合適的溶液濃度，既可以獲得滿意的力學(xué)性能，也可使零件變形降至最低。
圖1為水和2種不同濃度水基淬火液的冷卻特性曲線，采用IVF儀進(jìn)行測定，探頭初始溫度為850℃。
從圖1中可以看出，冷卻速度曲線呈“C”形，在冷卻初始階段，水基淬火液析出的聚合物很少，探頭表面的聚合物隔離膜還沒有形成，此時(shí)水基淬火液的冷卻速度與水相差不大。隨著BW水基淬火液中聚合物析出逐漸增多，探頭表面隔離膜逐漸形成。溶液濃度越高，隔離膜厚度越厚，冷卻速度越慢，此時(shí)V25%＜V18%＜V水。在冷卻的末段，低溫階段的冷卻速度小，主要是由于低于逆溶點(diǎn)溫度，探頭表面隔離膜不能向介質(zhì)逆溶完，隔離膜的隔熱效果一直維持，同時(shí)溶液中的聚合物在低溫階段運(yùn)動(dòng)緩慢、流動(dòng)性差、對(duì)流熱傳導(dǎo)效果差。低溫階段冷速慢，能夠有效減少組織應(yīng)力，降低淬火應(yīng)力。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用工藝試驗(yàn)
試驗(yàn)材料：2A12退火狀態(tài)板材，板材厚度分別為0.8、1.2、2.5、4mm4種。
PAG淬火液配制：淬火原液與水配制成18%和25%2種濃度，采用WYI-Ⅲ手持折光儀進(jìn)行測定和調(diào)整。
試驗(yàn)方法：按GB6397-86規(guī)定加工的力學(xué)性能試樣，依據(jù)GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》在CMT5504萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；按HB5201《變形鋁合金過燒金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行金相組織檢測；按HB5255《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》選用力學(xué)性能試驗(yàn)中σ0.2低試樣進(jìn)行晶間腐蝕檢測；變形試驗(yàn)對(duì)比試樣選用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm長條形2種試樣，進(jìn)行最大變形量檢測。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果與分析
晶間腐蝕試驗(yàn)：選用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并時(shí)效后σ0.2最低的試片，切取試片，經(jīng)打磨，拋光，浸入在100mL蒸餾水加2mL的HCI及3g的NaCl溶液中，溶液溫度保持在(35±1)℃，腐蝕24、48、72h后用DMIRM金相顯微鏡(200×)下觀察，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕。
金相組織：不同厚度金相組織試樣，經(jīng)磨制、拋光后采用氫氟酸溶液(0.5% HF+99.5% H2O)浸蝕后，用DMIRM金相顯微鏡(500×)觀察未發(fā)現(xiàn)過燒金相組織。
殘液對(duì)表面處理的影響：試樣采用水基淬火液淬火并時(shí)效后，試樣表面會(huì)有部分殘液，經(jīng)熱水洗凈后，試樣陽極化并噴漆后，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證未發(fā)現(xiàn)對(duì)表面處理有任何影響。
變形對(duì)比：試樣越薄，零件淬火變形越大，因此選用厚度為0.8mm試樣，分長條形和正方形2種形狀，采用25%、18%2種濃度的BW水基淬火液和水進(jìn)行淬，火后變形對(duì)比。正方形試樣采用水淬火后變形量最大，測定達(dá)46mm，采用18%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為12mm；采用25%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為7mm。長方形試樣采用水淬火后變形嚴(yán)重，除有翹曲外還有扭曲，其最大變形量達(dá)19mm，采用18%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為6mm，采用25%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為3mm。
淬火液可有效降低淬火變形，試樣采用水基淬火液淬火后與水相比，變形量減少80～90%。同時(shí)，在保證力學(xué)性能及金相組織滿足要求的前提下，水基淬火液濃度越高，試樣淬火后變形越小。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，厚度＞2.5mm的2A12鈑金件采用水基淬火液淬火后，變形量很小，基本不需校正，厚度＜2.5mm的2A12鈑金件淬火水基淬火液淬火后，與水相比可有效降低淬火變形，尤其是大型復(fù)雜薄壁鋁合金鈑金件上應(yīng)用效果明顯。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用結(jié)論
水基淬火液具有冷卻速度可調(diào)的顯著特點(diǎn)，其冷卻速度比水小。
鋁合金鈑金件采用水基淬火液淬火并時(shí)效后獲得的力學(xué)性能，與試樣采用水淬火時(shí)效后獲得的力學(xué)性能相比，處于同一水平。水基淬火液能夠滿足鋁合金材料和制品的淬火性能要求。
對(duì)采用25%和18%2種濃度水基淬火液淬火的硬鋁合金材料，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象及過燒組織，滿足硬鋁合金材料和制品的組織要求。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用可顯著鋁合金鈑金件的淬火變形，與水相比，淬火變形降低80%～90%。在保證零件力學(xué)性能前提下，水基淬火液濃度越高，降低淬火變形效果越好。部分鋁合金鈑金件采用水基淬火液淬火后，基本不需校正，可有效降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品研制周期，在解決大型復(fù)雜薄壁鋁合金鈑金件淬火效果明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
從圖1中可以看出，冷卻速度曲線呈“C”形，在冷卻初始階段，水基淬火液析出的聚合物很少，探頭表面的聚合物隔離膜還沒有形成，此時(shí)水基淬火液的冷卻速度與水相差不大。隨著BW水基淬火液中聚合物析出逐漸增多，探頭表面隔離膜逐漸形成。溶液濃度越高，隔離膜厚度越厚，冷卻速度越慢，此時(shí)V25%＜V18%＜V水。在冷卻的末段，低溫階段的冷卻速度小，主要是由于低于逆溶點(diǎn)溫度，探頭表面隔離膜不能向介質(zhì)逆溶完，隔離膜的隔熱效果一直維持，同時(shí)溶液中的聚合物在低溫階段運(yùn)動(dòng)緩慢、流動(dòng)性差、對(duì)流熱傳導(dǎo)效果差。低溫階段冷速慢，能夠有效減少組織應(yīng)力，降低淬火應(yīng)力。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用工藝試驗(yàn)
試驗(yàn)材料：2A12退火狀態(tài)板材，板材厚度分別為0.8、1.2、2.5、4mm4種。
PAG淬火液配制：淬火原液與水配制成18%和25%2種濃度，采用WYI-Ⅲ手持折光儀進(jìn)行測定和調(diào)整。
試驗(yàn)方法：按GB6397-86規(guī)定加工的力學(xué)性能試樣，依據(jù)GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》在CMT5504萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；按HB5201《變形鋁合金過燒金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行金相組織檢測；按HB5255《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》選用力學(xué)性能試驗(yàn)中σ0.2低試樣進(jìn)行晶間腐蝕檢測；變形試驗(yàn)對(duì)比試樣選用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm長條形2種試樣，進(jìn)行最大變形量檢測。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果與分析
晶間腐蝕試驗(yàn)：選用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并時(shí)效后σ0.2最低的試片，切取試片，經(jīng)打磨，拋光，浸入在100mL蒸餾水加2mL的HCI及3g的NaCl溶液中，溶液溫度保持在(35±1)℃，腐蝕24、48、72h后用DMIRM金相顯微鏡(200×)下觀察，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕。
金相組織：不同厚度金相組織試樣，經(jīng)磨制、拋光后采用氫氟酸溶液(0.5% HF+99.5% H2O)浸蝕后，用DMIRM金相顯微鏡(500×)觀察未發(fā)現(xiàn)過燒金相組織。
殘液對(duì)表面處理的影響：試樣采用水基淬火液淬火并時(shí)效后，試樣表面會(huì)有部分殘液，經(jīng)熱水洗凈后，試樣陽極化并噴漆后，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證未發(fā)現(xiàn)對(duì)表面處理有任何影響。
變形對(duì)比：試樣越薄，零件淬火變形越大，因此選用厚度為0.8mm試樣，分長條形和正方形2種形狀，采用25%、18%2種濃度的BW水基淬火液和水進(jìn)行淬，火后變形對(duì)比。正方形試樣采用水淬火后變形量最大，測定達(dá)46mm，采用18%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為12mm；采用25%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為7mm。長方形試樣采用水淬火后變形嚴(yán)重，除有翹曲外還有扭曲，其最大變形量達(dá)19mm，采用18%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為6mm，采用25%濃度水基淬火液淬火后，最大變形量為3mm。
淬火液可有效降低淬火變形，試樣采用水基淬火液淬火后與水相比，變形量減少80～90%。同時(shí)，在保證力學(xué)性能及金相組織滿足要求的前提下，水基淬火液濃度越高，試樣淬火后變形越小。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，厚度＞2.5mm的2A12鈑金件采用水基淬火液淬火后，變形量很小，基本不需校正，厚度＜2.5mm的2A12鈑金件淬火水基淬火液淬火后，與水相比可有效降低淬火變形，尤其是大型復(fù)雜薄壁鋁合金鈑金件上應(yīng)用效果明顯。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用結(jié)論
水基淬火液具有冷卻速度可調(diào)的顯著特點(diǎn)，其冷卻速度比水小。
鋁合金鈑金件采用水基淬火液淬火并時(shí)效后獲得的力學(xué)性能，與試樣采用水淬火時(shí)效后獲得的力學(xué)性能相比，處于同一水平。水基淬火液能夠滿足鋁合金材料和制品的淬火性能要求。
對(duì)采用25%和18%2種濃度水基淬火液淬火的硬鋁合金材料，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象及過燒組織，滿足硬鋁合金材料和制品的組織要求。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應(yīng)用可顯著鋁合金鈑金件的淬火變形，與水相比，淬火變形降低80%～90%。在保證零件力學(xué)性能前提下，水基淬火液濃度越高，降低淬火變形效果越好。部分鋁合金鈑金件采用水基淬火液淬火后，基本不需校正，可有效降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品研制周期，在解決大型復(fù)雜薄壁鋁合金鈑金件淬火效果明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
常見問題 
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