一種大型軸鍛件的淬火方法

1.一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其步驟為：（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物8-12份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物2-4份，聚酰胺聚乙二醇2-4份，消泡劑0.5-0.6份，水3-7份，分散劑2-5份，其中，聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1；（2）將大型軸鍛件加熱至850℃以上，然后保溫2-3小時；（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至80-100℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷；其中，所述的消泡劑為均分子量為6000-8000的聚醚；所述的分散劑為聚二甲基硅氧烷，所述的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物的均分子量為20000-30000。

2.一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其步驟為：（1）制備淬火液，所述的淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物10份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡劑0.4份，水5份，分散劑4份；（2）將大型軸鍛件加熱至850℃以上，然后保溫2-3小時；（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至80-100℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷；其中，所述的消泡劑為均分子量為6000-8000的聚醚；所述的分散劑為聚二甲基硅氧烷，所述的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物的均分子量為20000-30000。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（1）中淬火液的制備方法為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取4-6份的聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯和4-6份的聚丙烯酰胺在28-35℃條件下加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻，得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的固態(tài)混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至55-70℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至30-40℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取2-4份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、2-4份聚酰胺聚乙二醇和1-3份水加熱至30-40℃攪拌混合均勻，然后加入1-3份分散劑攪拌混合均勻得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液攪拌混合均勻，同時加入0.5-0.6份消泡劑；

（e）攪拌0.5-1小時后冷卻至室溫靜置1-2小時，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（b）中將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至60℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至35℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（d）中當淬火液B液和A液冷卻至37℃時，將淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（d）中淬火液B液的滴加速度為（0.2-0.5）份/分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（a）、（b）、（c）中攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/小時；所述的步驟（d）、（e）中攪拌速度為300-450轉(zhuǎn)/小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，其特征在于：所述的步驟（2）中將大型軸鍛件加熱至880℃，然后保溫2.2小時。

• 實施例1

《一種大型軸鍛件的淬火方法》所述的大型軸鍛件為35CrMo鋼制大型軸鍛件，其步驟為：

（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（簡稱PP-g-GAM，購自杭州拓目科技有限公司）與聚丙烯酰胺混合物10份（聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1），環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物（均分子量為20000）3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡劑（聚醚，均分子量為6000）0.4份，水5份，分散劑（聚二甲基硅氧烷）4份；

（2）將大型軸鍛件（長度為10米，直徑為500毫米）加熱至880℃，然后保溫2.2小時；

（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；

（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至90℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷。

其中步驟（1）中制備淬火液的步驟為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取5份的聚丙烯-甲基丙烯酸和5份的聚丙烯酰胺加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻，制備得到聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至60℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取3份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至35℃，得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取3份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、3份聚酰胺聚乙二醇和2份水加熱至35℃混合均勻，得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻，同時加入0.4份消泡劑；

（e）攪拌0.8小時后冷卻至室溫靜置1.5小時，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

該實施例制備得到的淬火液具有分散性好，耐儲存的優(yōu)點，在避光條件儲存3年后，淬火液不團聚，仍具有優(yōu)異的淬火性能；而且該淬火液在淬火過程中不發(fā)生團聚等影響淬火效果的變質(zhì)現(xiàn)象，該實施例中，35CrMo鋼制大型軸鍛件（長度為10米，直徑為500毫米）剛浸入淬火液中時的冷速為180℃/秒，當大型軸鍛件溫度降至350℃時，冷速降低到25℃/秒，可有效緩解零件組織應力，防止變形、開裂，淬火后的35CrMo鋼制大型軸鍛件具有硬度高、內(nèi)部組織形態(tài)均勻等優(yōu)點。

• 實施例2

該發(fā)明所述的大型軸鍛件為35CrMo鋼制大型軸鍛件，其步驟為：

（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（簡稱PP-g-GAM，購自杭州拓目科技有限公司）與聚丙烯酰胺混合物8份（聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1），環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物（均分子量為25000）4份，聚酰胺聚乙二醇2份，消泡劑（聚醚，均分子量為8000）0.5份，水7份，分散劑（聚二甲基硅氧烷）2份；

（2）將大型軸鍛件（長度為8米，直徑為450毫米）加熱至850℃，然后保溫3小時；

（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；

（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至80℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷。

其中步驟（1）中制備淬火液的步驟為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取4份的聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯和4份的聚丙烯酰胺在30℃條件下加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻（攪拌速度為240轉(zhuǎn)/小時），得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的固態(tài)混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至55℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取4份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘（攪拌速度為240轉(zhuǎn)/小時）后冷卻至30℃，然后加入1.2份分散劑混合均勻得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取4份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、2份聚酰胺聚乙二醇和3份水加熱至30℃混合均勻，然后加入0.8份分散劑攪拌混合均勻（攪拌速度為240轉(zhuǎn)/小時）得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液以0.2份/分鐘的速度滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液攪拌混合均勻（攪拌速度為500轉(zhuǎn)/小時），同時加入0.5份消泡劑；

（e）攪拌0.5小時（攪拌速度為500轉(zhuǎn)/小時）后冷卻至室溫靜置1小時，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

該實施例制備得到的淬火液具有分散性好，耐儲存的優(yōu)點，在避光條件儲存2年后，淬火液不團聚，仍具有優(yōu)異的淬火性能；而且該淬火液在淬火過程中不發(fā)生團聚等影響淬火效果的變質(zhì)現(xiàn)象，該實施例中，35CrMo鋼制大型軸鍛件（長度為8米，直徑為450毫米）剛浸入淬火液中時的冷速為190℃/秒，當大型軸鍛件溫度降至300℃時，冷速降低到35℃/秒，可有效緩解零件組織應力，防止變形、開裂，淬火后的35CrMo鋼制大型軸鍛件具有硬度高、內(nèi)部組織形態(tài)均勻等優(yōu)點。

• 實施例3

該發(fā)明所述的大型軸鍛件為35CrMo鋼制大型軸鍛件，其步驟為：

（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（簡稱PP-g-GAM，購自杭州拓目科技有限公司）與聚丙烯酰胺混合物12份（聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1），環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物（均分子量為30000）2份，聚酰胺聚乙二醇4份，消泡劑（聚醚，均分子量為7000）0.6份，水3份，分散劑聚二甲基硅氧烷5份；

（2）將大型軸鍛件（長度為5米，直徑為400毫米，軸鍛件上有3個凹槽、2個通孔）加熱至990℃上，然后保溫2小時；

（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；

（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至100℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷。

其中步驟（1）中制備淬火液的步驟為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取6份的聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯和6份的聚丙烯酰胺在35℃條件下加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻（攪拌速度為300轉(zhuǎn)/小時），得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的固態(tài)混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至70℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取1.5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘（攪拌速度為300轉(zhuǎn)/小時）后冷卻至40℃，然后加入3份分散劑混合均勻得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取2份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、4份聚酰胺聚乙二醇和1.5份水加熱至40℃混合均勻，然后加入2份分散劑攪拌混合均勻（攪拌速度為300轉(zhuǎn)/小時）得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液以0.5份/分鐘的速度滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液攪拌混合均勻（攪拌速度為300轉(zhuǎn)/小時），同時加入0.6份消泡劑；

（e）攪拌1小時（攪拌速度為300轉(zhuǎn)/小時）后冷卻至室溫靜置2小時，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

淬火工藝最早的史料記載見于《漢書·王褒傳》中的“清水淬其峰”。1863年，英國金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。因此金屬通常通過熱處理的方法來改善金屬的強度及金相組織，以獲得人們所期望的性質(zhì)，，而淬火介質(zhì)則是獲得高的淬火質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，常用的淬火介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。傳統(tǒng)的水溶性淬火介質(zhì)具有非常高的冷卻速度，過高的冷卻速度使金屬內(nèi)部產(chǎn)生過高的內(nèi)應力，金屬變形增大并使淬火后金屬開裂，不能滿足金屬熱處理的要求。在20世紀初，礦物油開始被用于淬火冷卻。礦物油的主要成分是飽和烴，性能相對穩(wěn)定，所以得到了廣泛的應用。為改善礦物油的冷卻性能，人們又研制和向礦物油為基的含有各種添加劑的淬火油，仍然是主要使用的淬火介質(zhì)。然而，礦物油淬火劑對環(huán)境造成嚴重污染，礦物油的閃點較低，在淬火過程中，形成濃煙并有火災危險，在油中含有水時這種危險性更是大大加劇，礦物油的降解性很差，所以廢棄的礦物油對環(huán)境的污染的潛在威脅就很大。近年來已有越來越多的企業(yè)在熱處理時放棄使用油淬火，而采用各種水溶性高分子有機物水溶液為合金鋼淬火的冷卻介質(zhì)。

經(jīng)檢索，中國專利公開號為CN101660027A，申請日為2008年8月29日的專利申請文件公開了一種水溶性聚醚淬火介質(zhì)，按重量百分比計其組分及含量：水溶性聚醚1～30％、防銹劑0.1～1.0％、消泡劑100～500ppm、復合殺菌劑0.1～1.0％、pH值調(diào)節(jié)劑0.2～2％，余量為水，水溶性聚醚是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的縮合物，數(shù)均分子量Mn小于20000。中國專利公開號為CN103981342A，申請日為2014年4月28日的專利申請文件公開了一種耐磨材料工件淬火劑，包括以下重量百分比的原料：氫氧化鈉6-12％，氯化鋅6-8％，磺化蓖麻油0.01-0.03％，聚酰胺聚乙二醇1-5％，丙烯酸2-5％，丙烯酸酯5-10％，添加劑0.1-2％，余量為水。

這些淬火劑的主要成分是水，冷卻速度過高，在對大型軸鍛件進行淬火時，如果淬火液選擇的不合適，易出現(xiàn)淬火后硬度不足、內(nèi)部組織形態(tài)不均勻、發(fā)生淬火開裂的情況。35CrMo鋼制大型軸鍛件因其材料淬透性較好，尺寸比較大，加熱后應力比較集中，對其淬火時很難在較短的時間內(nèi)將熱量均勻發(fā)散，容易形成表面驟冷，心部過熱的“脆皮”現(xiàn)象，如果只采用單一淬火冷卻方式不能獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，因此，這類零件的熱處理過程比較復雜，淬火時間也較長，通常要用雙液或三液淬火，操作工序繁瑣，造成淬火成本高、生產(chǎn)效率低。因此需要研究一種專門適用于35CrMo鋼制大型軸鍛件的淬火方法，提高35CrMo鋼制大型軸鍛件的結(jié)構(gòu)性能，降低淬火成本，提高生產(chǎn)效率。

一種大型軸鍛件的淬火方法專利目的

針對2014年12月之前的淬火方法容易使大型軸鍛件存在淬火后硬度不足、內(nèi)部組織形態(tài)不均勻、發(fā)生淬火開裂的情況，《一種大型軸鍛件的淬火方法》的淬火液在高溫階段冷速略高于淬火油而接近普通蒸餾水，Ar1溫度時冷卻速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo鋼制大型軸鍛件在正火后，淬火剛?cè)胗蜁r表面均勻冷速，在低溫階段換熱緩慢，有效釋放組織應力，防止淬火開裂。

一種大型軸鍛件的淬火方法技術(shù)方案

《一種大型軸鍛件的淬火方法》其步驟為：

（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物8-12份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物2-4份，聚酰胺聚乙二醇2-4份，消泡劑0.5-0.6份，水3-7份，分散劑2-5份，其中，聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1；

（2）將大型軸鍛件加熱至850℃以上，然后保溫2-3小時；

（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；

（4）當步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至80-100℃時將其從淬火液中取出，然后進行空冷。

優(yōu)選地，所述的淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物10份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡劑0.4份，水5份，分散劑4份。優(yōu)選地，所述的消泡劑為均分子量為6000-8000的聚醚；所述的分散劑為聚二甲基硅氧烷，所述的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物的均分子量為20000-30000。

優(yōu)選地，所述的步驟（1）中淬火液的制備方法為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取4-6份的聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯和4-6份的聚丙烯酰胺在28-35℃條件下加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻，得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的固態(tài)混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至55-70℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至30-40℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取2-4份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、2-4份聚酰胺聚乙二醇和1-3份水加熱至30-40℃混合均勻，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻，同時加入0.5-0.6份消泡劑；

（e）攪拌0.5-1小時后冷卻至室溫靜置1-2小時，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

優(yōu)選地，所述的步驟（b）中將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至60℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至35℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液。優(yōu)選地，所述的步驟（d）中當淬火液B液和A液冷卻至37℃時，將淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻。優(yōu)選地，所述的步驟（d）中淬火液B液的滴加速度為（0.2-0.5）份/分鐘。優(yōu)選地，所述的步驟（a）、（b）、（c）中攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/小時；所述的步驟（d）、（e）中攪拌速度為300-450轉(zhuǎn)/小時。優(yōu)選地，所述的步驟（2）中將大型軸鍛件加熱至880℃，然后保溫2.2小時。所述的大型軸鍛件為35CrMo鋼制大型軸鍛件（直徑400-500毫米）。

一種大型軸鍛件的淬火方法改善效果

（1）《一種大型軸鍛件的淬火方法》其中制備的淬火液以多種聚合物為原料，主要適合用于35CrMo鋼制大型軸鍛件（直徑400-500毫米，長度5-10米）淬火，35CrMo鋼制大型軸鍛件因其材料淬透性較好，尺寸比較大，加熱后應力比較集中，對其淬火時很難在較短的時間內(nèi)將熱量均勻發(fā)散，容易形成表面驟冷，心部過熱的“脆皮”現(xiàn)象，如果只采用單一淬火冷卻方式很難獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，而該發(fā)明中的淬火液能夠有效避免用普通快速淬火油淬火后硬度不足、內(nèi)部組織形態(tài)不均勻、易開裂等風險；

（2）該發(fā)明采用的淬火液組分中，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物含量相對較少，與聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺混合物以及聚酰胺聚乙二醇配合使用能得到非常良好的淬火效果，有效克服了環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物易受污染、易變質(zhì)失效等缺陷；

（3）該發(fā)明采用大型軸鍛件在高溫階段的冷速略高于淬火油而接近普通蒸餾水，Ar1溫度時冷卻速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo鋼制大型軸鍛件在正火后，淬火剛?cè)胗蜁r表面均勻冷速，在低溫階段換熱緩慢，有效釋放組織應力，防止淬火開裂；

（4）該發(fā)明提供的淬火液能一次完成對35CrMo制大型軸鍛件的淬火，工藝簡單，改變了傳統(tǒng)雙液、三液淬火工藝，能夠有效避免35CrMo鋼大型軸鍛件淬火開裂，淬火效果好。

2017年6月22日，《一種大型軸鍛件的淬火方法》獲得安徽省第五屆專利獎優(yōu)秀獎。