淬火介質
基本信息
常用種類
淬火介質
一、液體
1、水
1)清水、2)無機鹽或鹼的水溶液、3)有機物水溶液
2、油
1)植物油、2)全損耗系統用油(機械油)、3)專用淬火油(礦物油中加入添加劑)如錦輝淬火油
3、溶融熱浴
1)熔鹽、2)溶融金屬
二、氣體
1、空氣
1)靜止空氣、2)壓縮空氣
2、還原性氣體(氫、氨分解氣)
3、中性氣體(氮)
4、惰性氣體(氬、氦等)
三、固體
1、流態床
1)氣固態、2)氣液態、3)氣液固態
2、金屬板
水是冷卻能力較強的淬火介質。來源廣、價格低、成分穩定不易變質。缺點是在C曲線的"鼻子"區(500~600℃左右)，水處於蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成"軟點";而在馬氏體轉變溫度區(300~100℃)，水處於沸騰階段。
冷卻太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，致使工件變形甚至開裂。當水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(如油、肥皂、泥漿等)，均會顯著降低其冷卻能力。因此水適用於截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。
鹽水和鹼水
在水中加入適量的食鹽和鹼，使高溫工件浸入該冷卻介質後，在蒸汽膜階段析出鹽和鹼的晶體並立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質在高溫區的冷卻能力。其缺點是介質的腐蝕性大。
一般情況下，鹽水的濃度為10%，苛性鈉水溶液的濃度為10%~15%。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不應超過60℃，淬火後應及時清洗並進行防鏽處理。
油
冷卻介質一般採用礦物質油(礦物油)。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般採用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。
新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三種。
高速淬火油是在高溫區冷卻速度得到提高的淬火油。獲得高速淬火油的基本途徑有兩種，一種是選取不同類型和不同黏度的礦物油，以適當的配比相互混合，通過提高特性溫度來提高高溫區冷卻能力。
另一種是在普通淬火油中加入添加劑，在油中形成粉灰狀浮游物。添加劑游磺酸的鋇鹽、鈉鹽、鈣鹽以及磷酸鹽、硬脂酸鹽等。生產實踐表明，高速淬火油在過冷奧氏體不穩定區冷卻速度明顯高於普通淬火油，而在低溫馬氏體轉變區冷速與普通淬火油相接近。
這樣既可得到較高的淬透性和淬硬性，又大大減少了變形，適用於形狀複雜的合金鋼工件的淬火。
光亮淬火油能使工件在淬火後保持光亮表面。在礦物油中加入不同性質的高分子添加物，可獲得不同冷卻速度的光亮淬火油。這些添加物的主要成分是光亮劑，其作用是將不溶解於油的老化產物懸浮起來，防止在工件上積聚和沉澱。另外，光亮淬火油添加劑中還含有抗氧化劑、表面活性劑和催冷劑等。
真空淬火油是用於真空熱處理淬火的冷卻介質。真空淬火油必須具備低的飽和蒸汽壓，較高而穩定的冷卻能力以及良好的光亮性和熱穩定性，否則會影響真空熱處理的效果。
鹽浴和鹼浴淬火介質一般用在分級淬火和等溫淬火中。
新型淬火劑
有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用質量分數為0.1%~0.3%之間的水溶液，共冷卻能力介於水和油之間。當工件淬入該溶液時，工件表面形成一層蒸汽膜和一層凝膠薄膜，兩層膜使加熱工件冷卻。
進入沸騰階段後，薄膜破裂，工件冷卻加快，當達到低溫時，聚乙烯醇凝膠膜復又形成，工件冷卻速度又下降，所以這種溶液在高、低溫區冷卻能力低，在中溫區冷卻能力高，有良好的冷卻特性。
三硝水溶液由25%硝酸鈉+20%亞硝酸鈉+20%硝酸鉀+35%水組成。在高溫(650~500℃)時由於鹽晶體析出，破還蒸汽膜形成，冷卻能力接近於水。在低溫(300~200℃)時由於濃度極高，流動性差，冷卻能力接近於油，故其可代替水-油雙介質淬火。
1、淬火劑產品描述
是由一種液態的有機聚合物和腐蝕抑制劑組成的水溶性溶液。有機聚合物完全溶於水，形成清亮、均質的溶液。但當溫度超過 74℃(165℉)時，聚合物便會從水中析出分離，形成一層不溶解的相。該產品克服了水冷卻速度快，易使工件開裂;油品冷卻速度慢，淬火效果差且易燃等缺點。
當用淬火劑的稀釋溶液冷卻熱的金屬時，液體有機聚合物會在金屬表面沉積，形成一層薄膜。可以通過調節薄膜的厚度部分地控制金屬的冷卻程度。薄膜的厚度則是通過調節淬火浴中淬火劑的濃度來完成。
也可通過調節淬火液的溫度或攪拌程度來控制冷卻。 淬火劑跟其他的水溶性聚合物淬火液(劑)的主要區別在於:控制熱轉換的多聚物成分不同。如美國有UCON A，煙臺海益等,其多聚物成分為聚醚(PAG)。
2.淬火劑特性和優點
◆ 淬火劑水溶液在常溫下均勻透明溶液，當溫度升高時，淬火劑溶解度反而會下降，溶液就從透明變為混濁，到達74°C時聚合物的線型大分子就會從水中析出，並與水完全分離。(這叫做逆溶性，74°C就是逆熔點)。
◆ 通過調整其水溶液的濃度，可在很大範圍內調整其冷卻能力，可以得到介於水油之間，以及相當於油或者更慢的冷卻速度，也可以和Quench PA配比使用來調節冷卻曲線。
◆ 淬火劑需要最少量的添加處理，因為它們和普通的聚乙烯醇和溶解油相比，不易變質和被氧化。主要的添加工作就是補充蒸發損失掉的水。
◆淬火劑和普通的油性淬火油(劑)相比，能除去煙塵、煤灰和殘雜物。使設備維護和工廠清潔工作變得輕鬆簡單。
◆淬火劑在0℃(32℉)以下會凍住，使用前需要在室溫下解凍並混合，產品功能不會受到影響。
◆水性淬火劑對黑色金屬及有色金屬均無腐蝕，淬火工件光亮且有短期防鏽作用。
◆推薦最佳溶液溫度 20~50℃，應不高於60℃。
3. 典型性質數據
指標 結果
20℃時每加侖的重量 (磅) 8.94
比重(20℃) 1.074
傾點 -11℃(-12℉)
粘度37.8℃(100℉)，SUS 1120~1375
防鏽作用 ATMS D665A 通過
閃點 無
4.應用――在世界上聚合物是應用最廣的一種有機淬火液，可用於各種汽車工件以及航空工業的鋁合金和鈦合金，合金鋼鍛模的淬火，大轉矩柴油機曲軸感應加熱淬火等。淬火劑主要應用於以下淬火範圍:
◆適用於典型的用油淬火的高碳鋼和高合金鋼;用20-30%的濃度，可適用於鋼件的整體和表面淬火。
◆適用於感應淬火和火焰淬火，適合噴射淬火和浸淬，可應用於幾何外型複雜的高合金部件(包括:球墨鑄鐵、韌性鑄鐵等)。
◆用於在傾爐、車底式爐和坑式爐中加工的大型合金部件，感應加熱成形的部件或合金。
◆用於在使用燃氣、天然氣和碳氮共滲氣的熔爐中需要油淬火的加工部件(間歇式和連續式操作)。
◆適用於旋轉或持續型混合器的氧化熔爐、天然氣熔爐和保護氣熔爐。它們能應用在部件鑄造後的直接淬火;鑄件的連續淬火以及鑄鋼、鍛鋼、鑄鐵的一般淬火。
◆大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的淬火(連續式滲碳生產線或箱式多用爐)
◆淬火劑是一種高分子聚合物水溶性淬火劑，選用國外優質原料精製而成，具有獨特的逆溶性，(一般稱之為濁點效應)安全，環保，使用壽命長，使用成本低，國際油價越來越高，國家對環境保護愈來愈嚴的大氣候下，逐漸成為熱處理行業的首選淬火介質。
◆安全環保淬火劑完全不燃燒，無火災危險，無毒，無油煙，使工作環境大大改善，滿足環保部門對企業的環保要求。
5.淬火劑冷卻曲線特性曲線,30度
淬火過程曲線圖表1和圖表2顯示了Wonder Quench PE在實驗室測試時的冷卻率，實驗使用一個不鏽鋼的測試圓柱體(長是直徑的4倍)，在它的幾何中心安置有電熱偶。
圖表1用Wonder Quench PEE和傳統的淬火油做了比較。圖表2顯示了流體流動(循環)對濃度和浴溫都確定的Wonder Quench PE的影響。這些曲線僅對一般的比較有效。
6.使用範圍和局限
淬火劑主要用於各類碳素鋼,低合金結構鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼製工件做增體浸淬和感應加熱淬火.
淬火劑不使用與有二次硬化特性的鋼件(如冷熱模具鋼和高速鋼).
淬火劑一般不適於淬經過鹽浴爐加熱後的工件.
使用維護
從事熱處理生產的人應當維護好所用的淬火介質。一般的管理工作包括:防止介質受污染、保證冷卻系統能正常工作、按要求控制好液溫、水性介質要經常檢測和控制其濃度，以及定期檢測淬火介質的冷卻特性等，應當注意以下幾件事:
1、在新倒入淬火介質前，特別是在舊的淬火槽中做整槽更換時，一定要把淬火槽和冷卻系統認真清洗乾淨。一些單位圖省事，在淬火油做整槽更換時，只把原來的舊油大致放干，便將新油倒入槽中。
原來沉在槽底的油污、槽壁上的碳黑油泥，以及殘留在冷卻系統中的油污，都一齊混進新油中。其結果，一槽新油就給污染了。淬火出來的工件污跡斑斑，清洗十分困難。
2、如果發現淬火油變得容易着火，要趕快找出原因並加以解決。原因之一是油中進了水，尤其是用熱油的場合。原因之二是在油溫測量或顯示上出了故障，實際油溫遠高於顯示的油溫。此外，油中混入了低閃點、易揮發的油液，也容易着火。
3、防止加熱爐內的炭黑污染淬火油。滲碳與碳氮共滲爐內難免產生碳黑。這些碳黑進入淬火油中，會對油造成污染。少量碳黑逐漸積累，首先損害的是淬火工件的光亮性，隨後影響油的冷卻特性。碳黑粒子非常小，又多懸浮在油中，一般不可能用過濾和沉降的辦法加以分離。定期燒掉加熱爐內結存的碳黑，是現行的最好解決辦法。
4、對使用中介質變質和整槽更換問題的看法。水性和油性介質都有一定的壽命。到時候都應當做整槽更換。
影響油性介質壽命長短的主要因素是油的使用溫度高低、淬火工件的總表面積大小、油的品質好壞和外來污染等情況。油的使用溫度(應當包括油的平均溫度和工件淬入後的溫升程度)越低，油的使用壽命越長;淬火工件的總表面積越大，油的壽命越短。
用於小型工件的淬火油，壽命很短，因為所處理工件單位重量的總表面積非常之大;而處理大型工件用的淬火油，由於所處理工件單位重量的總表面積相當小，加上淬火次數少，使用壽命就非常長。油品的質量，包括所用基礎油和添加劑的品質。
同樣的使用條件，品質差的油只能用幾個月，而品質好的常常可以用好幾年。此外，外來污染，尤其是水的進入和碳黑的積累，對油的使用壽命也有很大的影響。
水性淬火介質的壽命長短，最主要的影響是介質的種類。比如，聚乙烯醇類的淬火介質，一般壽命不超過幾個月;而PAG類的介質，一般多可以使用幾年。外來污染對水性介質的壽命長短影響也很大。因此，水性介質的維護管理比油性介質更應受到重視，也更費事。PAG淬火液可以通過去污處理而延長其整槽更換時間。
不管是水性還是油性介質，使用中都會逐漸變質，同時也都會受到污染。變質產物和外來污染物逐漸積累，都會影響到介質的使用性能。使用到一定時間後，都應當做整槽更換。
據知，除只用於大型工件淬火的油外，大量處理一般中小型基礎件的場合，國內外淬火油的使用壽命一般不超過三、五年。如果不做去污處理，就是PAG淬火介質的整槽更換時間一般都比三、五年要短。
到了應當整槽更換的時候就做整槽更換，往往能保證熱處理質量、提高生產效率、簡化管理並減少介質消耗量，從而能降低生產成本。
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