水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用
發(fā)布時間：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用。
水基淬火液的基本特性
濁點及逆溶性：水基淬火液為可逆溶性聚合物淬火介質(zhì)，濁點溫度為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，金屬表面溶液濃度很快達到逆溶點，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，對淬火冷卻速度進行調(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，同時溶液中的聚合物在低溫階段運動緩慢、流動性差、對流熱傳導效果差。低溫階段冷速慢，能夠有效減少組織應力，降低淬火應力。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用工藝試驗
試驗材料：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手持折光儀進行測定和調(diào)整。
試驗方法：按GB6397-86規(guī)定加工的力學性能試樣，依據(jù)GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》在CMT5504萬能試驗機進行拉伸試驗；按HB5201《變形鋁合金過燒金相檢驗標準》進行金相組織檢測；按HB5255《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》選用力學性能試驗中σ0.2低試樣進行晶間腐蝕檢測；變形試驗對比試樣選用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm長條形2種試樣，進行最大變形量檢測。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用試驗結果與分析
晶間腐蝕試驗：選用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并時效后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。
殘液對表面處理的影響：試樣采用水基淬火液淬火并時效后，試樣表面會有部分殘液，經(jīng)熱水洗凈后，試樣陽極化并噴漆后，經(jīng)試驗驗證未發(fā)現(xiàn)對表面處理有任何影響。
變形對比：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水基淬火液和水進行淬，火后變形對比。正方形試樣采用水淬火后變形量最大，測定達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重，除有翹曲外還有扭曲，其最大變形量達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，在保證力學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用統(tǒng)計結果表明，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，尤其是大型復雜薄壁鋁合金鈑金件上應用效果明顯。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用結論
水基淬火液具有冷卻速度可調(diào)的顯著特點，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效后獲得的力學性能，與試樣采用水淬火時效后獲得的力學性能相比，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，在解決大型復雜薄壁鋁合金鈑金件淬火效果明顯，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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，同時溶液中的聚合物在低溫階段運動緩慢、流動性差、對流熱傳導效果差。低溫階段冷速慢，能夠有效減少組織應力，降低淬火應力。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用工藝試驗
試驗材料：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手持折光儀進行測定和調(diào)整。
試驗方法：按GB6397-86規(guī)定加工的力學性能試樣，依據(jù)GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》在CMT5504萬能試驗機進行拉伸試驗；按HB5201《變形鋁合金過燒金相檢驗標準》進行金相組織檢測；按HB5255《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》選用力學性能試驗中σ0.2低試樣進行晶間腐蝕檢測；變形試驗對比試樣選用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm長條形2種試樣，進行最大變形量檢測。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用試驗結果與分析
晶間腐蝕試驗：選用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并時效后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。
殘液對表面處理的影響：試樣采用水基淬火液淬火并時效后，試樣表面會有部分殘液，經(jīng)熱水洗凈后，試樣陽極化并噴漆后，經(jīng)試驗驗證未發(fā)現(xiàn)對表面處理有任何影響。
變形對比：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水基淬火液和水進行淬，火后變形對比。正方形試樣采用水淬火后變形量最大，測定達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重，除有翹曲外還有扭曲，其最大變形量達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，在保證力學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用統(tǒng)計結果表明，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，尤其是大型復雜薄壁鋁合金鈑金件上應用效果明顯。
水基淬火液在鋁合金鈑金件淬火中的應用結論
水基淬火液具有冷卻速度可調(diào)的顯著特點，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效后獲得的力學性能，與試樣采用水淬火時效后獲得的力學性能相比，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，在解決大型復雜薄壁鋁合金鈑金件淬火效果明顯，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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