水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用
发布时间：2016-11-18 09:43:10
水基淬火液是一种聚合物淬火介质，主要由高分子聚合物、杀菌剂、活化剂及水构成。其为黏性的绿色溶液，不含亚硝酸盐类或其他任何有害物质，与水无限溶解。通过下面的介绍来了解一下水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用。
水基淬火液的基本特性
浊点及逆溶性：水基淬火液为可逆溶性聚合物淬火介质，浊点温度为70℃，pH值(5%/20℃)为8.8～9.2。
冷却特性：一定浓度的水基淬火溶液冷却炽热金属时，金属表面溶液浓度很快达到逆溶点，聚合物析出，黏附在金属表面，形成一层聚合物隔离膜。隔离膜导热性差，并有隔热作用，从而降低了冷却速度。通过改变溶液浓度、温度、搅拌速度，对淬火冷却速度进行调节，获得水一油之间合适的溶液浓度，既可以获得满意的力学性能，也可使零件变形降至最低。
图1为水和2种不同浓度水基淬火液的冷却特性曲线，采用IVF仪进行测定，探头初始温度为850℃。
从图1中可以看出，冷却速度曲线呈“C”形，在冷却初始阶段，水基淬火液析出的聚合物很少，探头表面的聚合物隔离膜还没有形成，此时水基淬火液的冷却速度与水相差不大。随着BW水基淬火液中聚合物析出逐渐增多，探头表面隔离膜逐渐形成。溶液浓度越高，隔离膜厚度越厚，冷却速度越慢，此时V25%＜V18%＜V水。在冷却的末段，低温阶段的冷却速度小，主要是由于低于逆溶点温度，探头表面隔离膜不能向介质逆溶完，隔离膜的隔热效果一直维持，同时溶液中的聚合物在低温阶段运动缓慢、流动性差、对流热传导效果差。低温阶段冷速慢，能够有效减少组织应力，降低淬火应力。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用工艺试验
试验材料：2A12退火状态板材，板材厚度分别为0.8、1.2、2.5、4mm4种。
PAG淬火液配制：淬火原液与水配制成18%和25%2种浓度，采用WYI-Ⅲ手持折光仪进行测定和调整。
试验方法：按GB6397-86规定加工的力学性能试样，依据GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》在CMT5504万能试验机进行拉伸试验；按HB5201《变形铝合金过烧金相检验标准》进行金相组织检测；按HB5255《铝合金晶间腐蚀及晶间腐蚀倾向的测定》选用力学性能试验中σ0.2低试样进行晶间腐蚀检测；变形试验对比试样选用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm长条形2种试样，进行最大变形量检测。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用试验结果与分析
晶间腐蚀试验：选用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并时效后σ0.2最低的试片，切取试片，经打磨，抛光，浸入在100mL蒸馏水加2mL的HCI及3g的NaCl溶液中，溶液温度保持在(35±1)℃，腐蚀24、48、72h后用DMIRM金相显微镜(200×)下观察，未发现晶间腐蚀。
金相组织：不同厚度金相组织试样，经磨制、抛光后采用氢氟酸溶液(0.5% HF+99.5% H2O)浸蚀后，用DMIRM金相显微镜(500×)观察未发现过烧金相组织。
残液对表面处理的影响：试样采用水基淬火液淬火并时效后，试样表面会有部分残液，经热水洗净后，试样阳极化并喷漆后，经试验验证未发现对表面处理有任何影响。
变形对比：试样越薄，零件淬火变形越大，因此选用厚度为0.8mm试样，分长条形和正方形2种形状，采用25%、18%2种浓度的BW水基淬火液和水进行淬，火后变形对比。正方形试样采用水淬火后变形量最大，测定达46mm，采用18%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为12mm；采用25%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为7mm。长方形试样采用水淬火后变形严重，除有翘曲外还有扭曲，其最大变形量达19mm，采用18%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为6mm，采用25%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为3mm。
淬火液可有效降低淬火变形，试样采用水基淬火液淬火后与水相比，变形量减少80～90%。同时，在保证力学性能及金相组织满足要求的前提下，水基淬火液浓度越高，试样淬火后变形越小。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用统计结果表明，厚度＞2.5mm的2A12钣金件采用水基淬火液淬火后，变形量很小，基本不需校正，厚度＜2.5mm的2A12钣金件淬火水基淬火液淬火后，与水相比可有效降低淬火变形，尤其是大型复杂薄壁铝合金钣金件上应用效果明显。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用结论
水基淬火液具有冷却速度可调的显著特点，其冷却速度比水小。
铝合金钣金件采用水基淬火液淬火并时效后获得的力学性能，与试样采用水淬火时效后获得的力学性能相比，处于同一水平。水基淬火液能够满足铝合金材料和制品的淬火性能要求。
对采用25%和18%2种浓度水基淬火液淬火的硬铝合金材料，未发现晶间腐蚀现象及过烧组织，满足硬铝合金材料和制品的组织要求。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用可显著铝合金钣金件的淬火变形，与水相比，淬火变形降低80%～90%。在保证零件力学性能前提下，水基淬火液浓度越高，降低淬火变形效果越好。部分铝合金钣金件采用水基淬火液淬火后，基本不需校正，可有效降低生产成本，缩短产品研制周期，在解决大型复杂薄壁铝合金钣金件淬火效果明显，具有良好的经济效益和社会效益。
从图1中可以看出，冷却速度曲线呈“C”形，在冷却初始阶段，水基淬火液析出的聚合物很少，探头表面的聚合物隔离膜还没有形成，此时水基淬火液的冷却速度与水相差不大。随着BW水基淬火液中聚合物析出逐渐增多，探头表面隔离膜逐渐形成。溶液浓度越高，隔离膜厚度越厚，冷却速度越慢，此时V25%＜V18%＜V水。在冷却的末段，低温阶段的冷却速度小，主要是由于低于逆溶点温度，探头表面隔离膜不能向介质逆溶完，隔离膜的隔热效果一直维持，同时溶液中的聚合物在低温阶段运动缓慢、流动性差、对流热传导效果差。低温阶段冷速慢，能够有效减少组织应力，降低淬火应力。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用工艺试验
试验材料：2A12退火状态板材，板材厚度分别为0.8、1.2、2.5、4mm4种。
PAG淬火液配制：淬火原液与水配制成18%和25%2种浓度，采用WYI-Ⅲ手持折光仪进行测定和调整。
试验方法：按GB6397-86规定加工的力学性能试样，依据GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》在CMT5504万能试验机进行拉伸试验；按HB5201《变形铝合金过烧金相检验标准》进行金相组织检测；按HB5255《铝合金晶间腐蚀及晶间腐蚀倾向的测定》选用力学性能试验中σ0.2低试样进行晶间腐蚀检测；变形试验对比试样选用0.8mm×300mm×300mm方形、0.8mm×100mm×300mm长条形2种试样，进行最大变形量检测。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用试验结果与分析
晶间腐蚀试验：选用0.8mm厚度采用18%聚合物淬火液淬火并时效后σ0.2最低的试片，切取试片，经打磨，抛光，浸入在100mL蒸馏水加2mL的HCI及3g的NaCl溶液中，溶液温度保持在(35±1)℃，腐蚀24、48、72h后用DMIRM金相显微镜(200×)下观察，未发现晶间腐蚀。
金相组织：不同厚度金相组织试样，经磨制、抛光后采用氢氟酸溶液(0.5% HF+99.5% H2O)浸蚀后，用DMIRM金相显微镜(500×)观察未发现过烧金相组织。
残液对表面处理的影响：试样采用水基淬火液淬火并时效后，试样表面会有部分残液，经热水洗净后，试样阳极化并喷漆后，经试验验证未发现对表面处理有任何影响。
变形对比：试样越薄，零件淬火变形越大，因此选用厚度为0.8mm试样，分长条形和正方形2种形状，采用25%、18%2种浓度的BW水基淬火液和水进行淬，火后变形对比。正方形试样采用水淬火后变形量最大，测定达46mm，采用18%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为12mm；采用25%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为7mm。长方形试样采用水淬火后变形严重，除有翘曲外还有扭曲，其最大变形量达19mm，采用18%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为6mm，采用25%浓度水基淬火液淬火后，最大变形量为3mm。
淬火液可有效降低淬火变形，试样采用水基淬火液淬火后与水相比，变形量减少80～90%。同时，在保证力学性能及金相组织满足要求的前提下，水基淬火液浓度越高，试样淬火后变形越小。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用统计结果表明，厚度＞2.5mm的2A12钣金件采用水基淬火液淬火后，变形量很小，基本不需校正，厚度＜2.5mm的2A12钣金件淬火水基淬火液淬火后，与水相比可有效降低淬火变形，尤其是大型复杂薄壁铝合金钣金件上应用效果明显。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用结论
水基淬火液具有冷却速度可调的显著特点，其冷却速度比水小。
铝合金钣金件采用水基淬火液淬火并时效后获得的力学性能，与试样采用水淬火时效后获得的力学性能相比，处于同一水平。水基淬火液能够满足铝合金材料和制品的淬火性能要求。
对采用25%和18%2种浓度水基淬火液淬火的硬铝合金材料，未发现晶间腐蚀现象及过烧组织，满足硬铝合金材料和制品的组织要求。
水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用可显著铝合金钣金件的淬火变形，与水相比，淬火变形降低80%～90%。在保证零件力学性能前提下，水基淬火液浓度越高，降低淬火变形效果越好。部分铝合金钣金件采用水基淬火液淬火后，基本不需校正，可有效降低生产成本，缩短产品研制周期，在解决大型复杂薄壁铝合金钣金件淬火效果明显，具有良好的经济效益和社会效益。
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