联系我们更多>>

地址:南京航空航天大学科技园F楼

联系人:王总

电话:025-84486072、025-84609329;

手机:13951654323、13705159750

传真:025-84600601

邮箱:njzhoulian@126.com

新闻中心

PQA新型聚合物淬火剂的铝合金应用

发布者:admin 时间:2017-09-26 16:53:00

 1.基本特性 

1.1 PQA淬火剂的实质 

PQA淬火剂是以两种环氧化合物为单体原料,用一定的引发剂和催化剂,在控制温度和压力下经反应的共聚物,是属于阴离子型线型结构的聚合物。 为PAG淬火介质类,外观呈乳白至浅黄色粘稠液体,与水可无限溶解,即在水中加入任何数量的PQA淬火剂原液,均可得到均匀的水溶液。 

PQA淬火剂配制成不同浓度的水溶液时,便使淬火剂具有各种不同的冷却速度,从而适应各种不同金属材料、不同形状与厚度的零件淬火时所需要的冷却速度。 

1.2 逆溶及回溶性 

PQA淬火剂均匀透明的水溶液,当其受热温度达到一定值时, 淬火介质立刻变得混浊(乳白),此种现象出现的温度称浊点。 

淬火介质(在浊点以上)继续增高温度并达到一定值时,混浊淬火介质中的聚合物便呈团状析出并下沉(因聚合物的比重大于水)淬火介质中开始析出团状聚合物的温度,称逆溶点。 

淬火介质由于温度升高到逆溶点以上而析出的聚合物,只要淬火介质温度下降到逆溶点以下时,便会重新溶解,使淬火介质又变得均匀。析出的聚合物由于温度降低重新溶解的现象,称为回溶性。 

浊点高低,决定着这类水基淬火介质在淬火过程中实际可允许的最高温升,即淬火介质的使用温度应低于浊点。逆溶现象及回溶现象,决定了PQA淬火介质冷却赤热金属时的冷却机制,是这类 淬火介质具有比较理想的冷却特性,明显减小淬火变形、防止淬火开裂的关键所在。 

1.3 冷却特性 

1.3.1 PQA淬火剂减小淬火变形防止淬火开裂的原因 

水用作淬火介质时,其最大缺点是蒸汽膜严重,直到低温马氏体相变温度附近,蒸汽膜才破裂,进入泡状沸腾阶段,造成最大冷却速度,因而易于导致 淬火变形和淬火开裂。 

PQA水溶性淬火介质则完全不同。由于这种 淬火介质具有逆溶性,当一定浓度的均匀淬火介质冷却赤热金属时,金属表面附近的淬火介质很快达到逆溶点,并发生团状聚合物析出。团状聚合物运动到金属表面则被粘附,从而在金属表面形成一层聚合物隔离膜。 淬火介质中的浓度越大,隔离膜的厚度也越大。由于聚合物淬火介质导热性差,有隔热作用,那么淬火介质浓度大,隔离膜厚,冷却速度小。因此,控制浓度,即可控制淬火所需的不大也不小的冷却速度,既能避免零件淬不硬,又能防止淬火开裂或过大的淬火变形。 

淬火工件表面由于光洁度不同,几何形状的不同,单质的水\油等淬火介质在工件表面形成汽(气)膜破裂的时间有先有后,因而冷却不均匀,必然导致工件变形。PQA淬火介质冷却最剧烈的泡状沸腾过程,只发生在隔离膜的外表面,不是发生在工件表面上。因此就消除了工件表面由于光洁度不同,由于几何形状不同而造成的冷却不均匀,从而消除了工件热应力不均匀所引起的淬火变形。 

淬火时工件表面形成的隔离膜,随冷却时间的延长而增厚,直到逆溶点以下温度时,隔离膜才发生回溶现象,因此PQA淬火介质在低温下的冷却速度不强烈,可以避免马氏体相变时产生过大的组织应力,从而防止产生淬火裂纹的危险性。 

1.3.2 冷却速度 

采用直径为16、长度为48mm的带柄纯银探头,将细丝热电偶用挤压方法使热偶的热端连接于探头的几何中心。探头加热温度为800±2℃,由微机采集探头在介质中冷却时的热电势信号,并由微机控制XW-4675数字绘图仪绘制冷却曲线和冷却特性曲线(温度和冷却速度的关系)。图1为不同类型淬火介质和不同浓度PQA淬火介质的特性曲线。由图可知不同浓度PQA淬火介质的温度与冷速关系有如下三个特点。

newmaker.com 
图1 PQA冷却特性曲线

1.3.3 冷速三个特点 

△ 淬火介质浓度大于15%以上时随浓度增大冷却速度下降 

因为淬火介质浓度越大,纯银探头的表面形成的聚合物隔膜越厚,隔热作用越明显,而且冷却最剧烈的泡状沸腾只发生在隔离膜的外表面液体 ,淬火介质不与金属表面直接接触,所以淬火介质的冷却速度低。 

△ 淬火介质浓度在15%以下时随浓度增大冷却速度增加 

因为淬火介质低浓度时隔离膜的隔热作用不重要,相反,为数不多的聚合物分子对金属表面的浸润作用,能使单质水的蒸汽膜厚度减小甚至不能形成,因而提高冷却速度。 

△ 低温阶段冷却速度小 

因为金属(工件)表面形成的隔离膜,要在金属表面温度低于逆溶点80℃以下时,才能向 淬火介质中回溶完了。因此隔离膜的隔热作用一直可以保持到低温。另外,低温阶段时聚合物大分子运动缓慢,流动性差,对流热传导效果弱。由于这两个原因,使金属工件的低温冷却阶段,即相变阶段的冷却速度不大,因而对减小组织应力,防止淬 火开裂有利。这种有利作用,对较高浓度的淬火介质溶液更为明显。由于铝合金固溶处理时,要求在400℃—250℃之间快冷,较高浓度的PQA淬火介质溶液能满足这一冷却特点要求。 

2.铝合金淬火的应用 

2.1 浓度选择 

2.1.1 铝合金钣金件厚度为0.8~3mm时选用20~30%PQA。厚度大者选用下限。薄者用上限。 

2.1.2 铝合金铸件选用20~25 PQA,零件及其厚度大者取下限,零件及其厚度小者取上限。 

2.2 固溶并时效后的机械性能 

LY12不同厚度板材按常规加热后,在不同浓度PQA淬火介质淬火并自然时效后的机械性能如表1所示。由表1可知,测试数据均在冶标规定值以上。

表1 不同厚度LY12板材在不同淬火介质介质中淬火并自然时效后的性能 
newmaker.com

屈服强度,板厚1mm和2mm的LY12板材,拉伸试验中的σ0.2值,略比水淬的高。 

疲劳试验的试样如图2所示。

newmaker.com 
图2 反复弯曲疲劳试样

因条件所限,试验是对比性的。试样于硝盐炉(500±℃)加热后,分别在水、30%PQA淬火介质中淬火,自然时效后在反复弯曲疲劳试验机上进行试验,频率为1240次/分。在对称循环应力σ-1为9kg/mm2条件下,l毫米厚的板材试验表明,在30%PQA淬火介质溶液中淬火的与用水淬火的相比较,Lyl2板材断裂周次N比较接近。 

断裂试样的数量(占试样总数的百分率)水淬的为75%,30%PQA淬火的为43%。断裂的平均寿命,水淬的为0.9X106次,而30%PQA淬火介质淬火的为1.06×106次。因此可以说明用常规水淬火的,与PQA淬火介质淬火的有关疲劳数据,基本上为同一水平。但从所作的疲劳试验来看,30%PQA淬火介质淬火的效果,有更好的趋向。 

综上所述,用PQA水溶液作为淬火介质,对铝合金板材的机械性能,与水淬火相比较,都毫无逊色之处。 

3.变形效果 

多种钣金件在PQA淬火介质中淬火后的变形统计表明,同水淬火相比,可减小淬火变形50~90%。部分钣金件淬火变形比较如表2。 

表2 
newmaker.com

4.晶间腐蚀 

LYl2板材在厚度小于3mm时,于所述浓度的PQA淬火介质中淬火,自然时效后,没有晶间腐蚀现象产生。 

将LYl2铝板于PQA淬火介质中淬火并时效后,在切取的横截面(无包铝影响)上,将试样打磨、抛光,在室温(26~28℃)下,于100毫升水加2毫升盐酸和3克氯化钠溶液中进行腐蚀,在显微镜下观察是否出现晶界腐蚀现象。结果表明,在浓度为30%PQA淬火介质以下水溶液冷却3mm厚的LY12板材(表面无包铝),经24、48、72小时腐蚀,均无晶间腐蚀。浓度低的PQA淬火介质,更不会产生晶间腐蚀。 

5.淬火介质配制 

5.1 淬火槽 

△ 淬火槽可用钢结构和水泥结构。但钢结构不得随意进行涂漆保护,有些漆与PQA没有相溶性,以致造成对 淬火介质的污染。 

△ 淬火槽的容量,每公斤淬火金属,推荐用10公斤PQA淬火介质溶液。生产批量大,或连续淬火时,应按每公斤金属需有15公斤淬火介质溶液的容量配制。 

5.2 淬火介质溶液配制 

△ 按体积浓度配淬火介质溶液。即先向淬火槽中放入所需体积的水,而后向水中倒入所需体积的PQA淬火介质原液。因PQA淬火介质比重大于水,故刚刚倒入的PQA淬火介质原液会沉于底部,所以配制时要求搅拌,直至均匀溶液为至。在正常使用条件下,PQA淬火介质溶液不结晶、不析出,而且有自动混匀作用,所以不需搅拌。 

△ 按高度配制淬火介质溶液。即淬火槽为规则立方、正方\园筒形时,可用高度代表浓度。例如需要淬火溶液高度为1米时,放入到0.8米高度的水,而后再倒入0.2米高度的PQA淬火介质原液,即为20%浓度的PQA淬火介质溶液。 

△ 放热反应。 PQA淬火介质原液加水时,有放热现象,加之配制时的搅拌,溶液中会产生细微气泡,温度有所增高。因此配制后最好搁置3—4小时,使温度降低、气泡消失,再投入使用。 

6.淬火介质管理 

6.1 浓度测定 

在淬火生产中,零件冷却后对PQA淬火介质聚合物有带耗现象。但浓度低时,带耗轻微,只有高浓度时,带耗问题不可忽视。在聚合物带耗的同时,水也蒸发。所以原配浓度,在经一段周期的生产后,可能会发生变化,影响淬火效果。因此应定期检测淬火槽中淬火介质溶液浓度。精确检测浓度可用阿贝折射仪。工程应用中可用糖量计检测浓度,精度足够。 

6.2 淬火介质的温度控制 

连续淬火中,淬火介质由于与工件的热交换,可能使淬火介质的温度升高。虽然PQA淬火介质的浊点、逆溶点均在80℃以上,但建议 淬火介质的温升应控制60℃以下,以防降低淬火效果。 

6.3 淬火盐带入量的极限 

PQA淬火介质与空气炉、气氛炉配套使用时不存在盐的带入问题。当盐浴炉加热,零件于PQA淬火介质中冷却时,淬火加热盐便带入溶液中,天长日久,淬火介质溶液中盐的含量增高。淬火介质溶液中含盐量小于8%时,对冷速影响不大,超过8%,会增大冷却速度,影响淬火效果。因此建议PQA淬火介质中的含盐量应控制在8%以下。 

PQA淬火介质中含盐量的判断,可从淬火效果衡量。另一种办法是用精密比重计测定淬火介质的比重。当淬火介质的浓度一定时,比重一定。当淬火介质中含盐时,比重增大,而且含盐量与比重有着对应关系,故在原配淬火介质溶液浓度一定时,测定淬火介质比重可粗略知道盐量大小。 

6.4 淬火介质的回收及重复使用 

△ 回收范围;铝合金淬火应用高浓度的PQA淬火介质淬火,淬火后在清水中清洗时,PQA淬火介质聚合物溶于清水。这种溶有PQA淬火介质聚合物的水溶液,可将其中的聚合物回收。淬火介质中含盐量过高时也可以回收。 

△ 回收的办法:将PQA淬火介质溶液加热到逆溶点以上温度,停止加温后聚合物便沉于溶器底部。此时将浮于聚合物上面的水放掉,则溶解的盐随水带走。将沉于底部的聚合物加热到110℃脱水。脱水后的聚合物便是原液PQA淬火介质。回收的PQA淬火介质与新购未用过的PQA淬火介质在特性上没有差别,故可重配使用。 

7. 结束语 

铝合金加热后在一定浓度的PQA淬火介质聚合物水溶液中淬火(固溶)冷却并时效后,抗拉强度、屈服强度、延伸率、疲劳强度都略优于水淬冷却,且无晶间腐蚀。与水淬相比,淬火状态的变形量减小了50—90%,大大降低了校形工作量,也降低了劳动强度