BW 水基淬火液在铝合金钣金件淬火中的应用

       水是铝合金淬火常用的一种淬火介质，但水存 在淬火烈度高、冷却速度快、膜状沸腾阶段过长、浸 湿速度低且不易控制的缺点。高精密加工的机加工 件以及薄壁铝合金钣金件使用水淬火时，零件淬火 变形严重，后续校正难度很大，甚至难以校正，零件 因超差而报废，造成巨大的经济损失。 

       BW 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 性无毒的绿色溶液，不含亚硝酸盐类或其他任何有 害物质，与水无限溶解。 

1 BW 水基淬火液的基本特性

1.1 浊点及逆溶性 

       BW 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。 1． 2 冷却特性 

       一定浓度的 BW 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 －油之间合适的溶液浓度，既可 以获得满意的力学性能，也可以使零件变形降至最 低。

       图1 为水和2 种不同浓度 BW 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， BW 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。 

2 工艺试验 

2.1 试验材料 

        2A12 退火状态板材，板材厚度分别为0． 8、 1．2、 2． 5、 4 mm 4 种，化学成分见表1。

2.2 BW 水基淬火液配制 

       BW 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。 

2.3 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． 8 mm × 300 mm ×300 mm 方形、 0． 8 mm ×100 mm ×300 mm 长条形 2 种试样，进行最大变形量检测。 

3 试验结果与分析 

3.1 力学性能

       2A12 不同厚度( 0. 8、 1. 8、 2. 5、 4 mm) 试样在 25%、 18%2 种浓度的 BW 水基淬火液和水中淬火 时效后，其力学性能如表2 所示。 

        从表2 中可以看出， 0． 8 mm 厚规格试样采用 25%、 18%浓度 BW 淬火液淬火并时效后， σb 值比 同厚度试样采用水淬火并时效略低，其余厚度试样 采用 BW 淬火液和水淬火并时效后的力学性能无明 显差别，处于同一水平，均符合材料性能要求。 

3.2 晶间腐蚀试验 

        选用0． 8 mm 厚度采用 18% BW 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100 mL 蒸馏水加2 mL 的 HCl 及3 g 的 NaCl 溶液中，溶液温度保持在( 35 ± 1) ℃，腐 蚀24、 48、 72 h 后用 DMIRM 金相显微镜( 200 × ) 下 观察，未发现晶间腐蚀。 

3.3 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。 

3.4 残液对表面处理的影响

       试样采用 BW 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。 

3.5 变形对比 

       试样采用 25%、 18%浓度 BW 水基淬火液和水 淬火后变形情况如图2、图3 所示。

          试样越薄，零件淬火变形越大，因此选用厚度为 0． 8 mm 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。从图2、图 3 中可以看出，正方形试 样采用水淬火后变形量最大，测定达 46 mm，采用 18%浓度 BW 水基淬火液淬火后，最大变形量为 12 mm;采用25%浓度 BW 水基淬火液淬火后，最大变 形量为7 mm。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19 mm，采用 18%浓度 BW 水基淬火液淬火后，最大变形量为 6 mm;采用25%浓度 BW 水基淬火液淬火后，最大变 形量为3 mm。 

          BW 水基淬火液可有效降低淬火变形，试样采 用 BW 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， BW 水基淬火液浓度越高，试样淬火后 变形越小。 

3.6 生产应用 

         部分2A12 钣金零件采用 BW 水基淬火液淬火 后变形情况见表3。

         统计结果表明，厚度 ＞2． 5 mm 的 2A12 钣金件 采用 BW 水基淬火液淬火后，变形量很小，基本不需 校正，厚度 ＜2． 5 mm 的 2A12 钣金件淬火 BW 水基 淬火液淬火后，与水相比可有效降低淬火变形，尤其 是在大型复杂薄壁铝合金钣金件上应用效果明显。 

4 结语 

        1) BW 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。 

         2) 铝合金钣金件采用 BW 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。BW 水基淬 火液能够满足铝合金材料和制品的淬火性能要求。 

         3) 对采用25%和18% 2 种浓度 BW 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。 

         4) BW 水基淬火液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， BW 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 BW 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。