氯化钙水溶液

五、氯化钙水溶液

氯化钙有含结晶水(CaCl₂·n H₂O)的及不含结晶水(CaCl₂)的，其纯度(不计结晶水)均应大于95%。氯化钙吸水能力很强，在大气中可以潮解。

1．氯化钙水溶液的物理化学特性

表2－35为氯化钙在水中的溶解度，表2－36为氯化钙水溶液的密度与冰点，表2－37为氯化钙水溶液密度与温度的关系，表2－38为氯化钙水溶液运动黏度与密度、液温的关系，表2－39为氯化钙水溶液的热导率，表2－40为氯化钙水溶液的沸点，图2－24为氯化钙水溶液浓度与比重(密度)的关系。

表2－35　氯化钙在水中的溶解度

表2－36　氯化钙水溶液的密度与冰点

表2－37　氯化钙水溶液密度与温度的关系

表2－38　氯化钙水溶液运动黏度与密度、液温的关系

表2－39　氯化钙水溶液的热导率

表2－40　氯化钙水溶液沸点

2．氯化钙水溶液的冷却特性

图2－24　氯化钙水溶液浓度与比重的关系

氯化钙水溶液的冷却曲线、不同含量氯化钙水溶液的冷却能力、几种钢在氯化钙水溶液中淬火的淬透性曲线，见图2－25～图2－27。可以看出，10% CaCl₂水溶液最大冷速约为1900℃/s，对应的温度约为600℃，特性温度约为750℃。随着浓度的提高，冷却能力下降，但冷速峰值向高温移动。饱和的氯化钙水溶液最大冷速约1300℃/s，对应的温度600℃左右，300℃以下的冷速明显降低，显然冷却性能优良，是较为理想的淬火介质。

氯化钙水溶液的使用温度一般控制在20～70℃之间，密度控制在1.05～1.46g/cm³之间。

图2－26　不同含量的(质量分数) CaCl₂水溶液的冷却能力

(探头为φ10mm×30mm银棒)

3．氯化钙水溶液淬火介质的配制

(1)自潮溶解。

图2－27　几种钢在氯化钙水溶液中淬火的淬透性曲线

1．9Mn2V(780℃×35min)　2．T8(780℃×30min)　3．40Cr(850℃×30min)　4．45(820℃×30min)

将无水氯化钙或含结晶水的氯化钙放入容器内自行吸收空气中的水蒸气而潮解。一桶185kg的氯化钙经15天左右可以潮解完毕，在气温30℃时的潮解溶液密度为1.460g/cm³。这种方法配制的氯化钙水溶液，淬火效果较好，但配制的时间太长。

(2)水解溶液。

将氯化钙(含结晶水、无水均可)置于适当容积的淬火槽内，加水充分搅动，让其充分溶解和均匀化。由于氯化钙水溶液的运动黏度与温度、密度有关，为了防止由于淬火使溶液温度升高而使密度、浓度、运动黏度下降，氯化钙的添加量应添加至槽内底部有过剩氯化钙不再溶解为止，即成为过饱和溶液。这种配制方法较快，实践证实，这种方法配制的溶液与自潮溶解的溶液性能相似，淬火效果也相近。

4．氯化钙水溶液淬火介质应用实例

氯化钙饱和溶液淬火技术，已成功地应用于多种材料和不同类型的产品零件上，有成熟的工艺资料。目前主要应用于小、薄零件，即使形状复杂的零件，在防畸变、开裂方面均有较明显的工艺效果。应用于大型零件，尚待研究试验。

(1) U形件，材料为45钢，形状见图2－28。

图2－28　U形件(45钢)

该零件形状复杂，要求淬火硬度为HRC40～45，畸变量不允许超差。原工艺用840℃加热，保温1.4h，水淬，均不能满足技术要求。改用密度为1.46g/cm³的氯化钙水溶液淬火，结果未发现淬裂现象，畸变量也比较小，硬度也达到设计要求。

(2)凸轮，材料为40Cr，形状见图2－29。

该零件原工艺为840℃加热，保温2h，水淬，72件产品因薄壁和键槽处出现裂纹而全部报废。后改用密度为1.48g/cm³的氯化钙水溶液淬火，40个零件全部合格，无裂纹。

图2－29　凸轮(40Cr)

(3)卡盘爪，材料为20Cr。

该零件有齿，横截面突变，形状复杂。原采用渗碳—双液淬火(水淬、油冷)，工件畸变超差大，质量也不稳定。后改用密度为1.38～1.42g/cm³的氯化钙水溶液，畸变量大大减小，齿部畸变量在0.1～0.15mm以下，处理2000个零件，全部合格。

(4)丝攻，材料为T10工具钢。

零件截面周期突变，容易应力集中。原用双质淬火(盐水淬、硝盐浴冷)，往往产生裂纹或硬度不够而寿命达不到要求。改用密度1.30～1.34g/cm³的氯化钙水溶液淬火，硬度提高，使用寿命提高50%以上。

5．氯化钙水溶液使用注意事项

(1)氯化钙水溶液淬火技术最适用于小形、薄形、形状复杂，用其他淬火方法容易淬裂的结构钢和低合金钢零件。大型零件使用该技术尚待研究。当零件稍大时，操作时必须搅动零件，否则淬不硬，也淬不透。

(2)一般用氯化钙的饱和溶液，溶液浓度降低有淬裂倾向，要慎重使用。

(3)氯化钙水溶液在冬天低温下长期静置，则有氯化钙结晶自溶液析出，会影响介质的冷却能力，使用前适当加热并搅动均匀。

(4)氯化钙淬火介质中不能混入硝盐，因为氯化钙与硝盐会发生反应，产生二氧化氮附在工件表面，导致淬火工件出现软点。