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水溶性淬火液的配方介绍
发布作者:http://www.dy-chj.com/ 关键词:

1、水:
  优点:汽化热高,传热系数较高,化学稳定性好,很便宜,使用方便。
缺点:冷却速度随水温的变化而发生明显变化。650-550℃区间冷却速度小于300-200℃区间。因在奥氏体不稳定区域冷却速度低,故会出现淬不硬现象。淬火件在淬火时还会产生巨大的应力,造成开裂和变形。蒸汽膜阶段长,易生气泡。在淬火件的凹槽和孔内蒸汽不易逸出,造成冷却不均,因此易出现软点。
  淬火剂用途:只用于小截面、形状简单的碳素钢件错淬火,工作表面较光洁。
  注意事项:使用时最好用搅拌或强制循环的方法,以提高冷却的均匀性,防止产生软点和变形。水中不应混入灰尘、油类等杂质。工作温度不应超过40℃。
2、无机水溶液:
  1)氯化钠(食盐)水溶液:
  介质组成:NaCl浓度可用5%或10%。
  优点:NaCl能附着于灼热的淬火件表面,剧烈爆炸成雾状(崩膜),使蒸汽膜破坏,蒸汽膜阶段大为缩短,从而明显提高水的冷却速度,冷却也比较均匀。价格便宜,淬火件可达到较高硬度,而且硬度均匀。
缺点:冷却速度随溶液温度而变化,淬火后淬火件易生锈。
用途:用于淬透性低、不易开裂、对防止变形要求低的淬火件,例如碳素钢件(有效厚度30-100mm,采用盐水,油淬火),合金结构钢(40Cr,40CrMoV,有效厚度30-150mm;38CrMoAl有效厚度>80mm。)
  淬火剂注意事项:使用时溶液温度应控制在60℃以下,淬火后要清洗,并要进行防锈处理。
  2)氢氧化钠水溶液:
  优点:冷却曲线与氯化钠溶液基本相同,NaOH可与淬火件表面的氧化皮相互作用,产生氢气,使氧化皮迅速剥落,使淬火件表面呈现光亮的银白色。冷却能力大于氯化钠。
缺点:有腐蚀性,劳动条件较差,在使用中易吸收空气中的二氧化碳而使成分逐渐变化。与前两者一样,冷却速度也随溶液温度而明显变化。
  用途:用于碳素钢。
  注意事项:要定期更换溶液。
  3)饱和氯化钙水溶液:
  优点:在奥氏体不稳定区(650-550℃)时,有很高的冷却速度,在马氏体转变区,由于它的沸点比水高,对流的开始温度也较高,同时它的粘度比水大,传热性也较差,因此冷却速度较慢,从而减小淬火的应力,防止变形和开裂。它的配制方便,容易购买,价格低,使用寿命长。
缺点:温度太低时,会有氯化钙结晶析出,堵塞淬火槽管路。淬火件放置时易生锈。
  注意事项:淬火件淬火后要及时清洗,进行防锈处理。
  4)过饱和硝酸盐水溶液:
  介质组成:(1)三硝溶液硝酸钠25%,亚硝酸钠20%,硝酸钾20%,水35%, 使用相对密度应控制在1.4-1.5之间;(2)二硝溶液硝酸钠31.2%,亚硝酸钠20.8%,使用相对密度应控制在0.36-1.41之间。
  优点:在高温区(650-550℃),由于大量硝酸盐的存在会破坏蒸汽膜的形成和稳定性,使冷却速度接近水。在低温区(300-200℃),由于溶液浓度高,粘度大,流动性差,对流速度慢,使冷却速度又接近油。三硝溶液与饱和氯化钙溶液相似,淬火硬度高,淬硬层深,变形小,不易开裂。淬火件防锈性好,冷却特性介于水与油之间,高温下冷却速度比油快3倍,低温下为油的1倍,但仍比水慢。
缺点:价格比氯化钙高很多,亚硝酸钠有毒,易生致癌物质。
  用途:用于中碳钢、高碳钢、低合金和球墨铸件的淬火,还可代替碳钢的水-油双液淬火。45钢有效厚度小于或等于40mm。有些形状简单的合金钢[40Cr,65Mn,20Cr(渗碳后),GCr15] 工件也可采用。
  注意事项:要注意亚硝酸钠有毒,而且有致癌作用,应改用无毒防锈剂。使用温度为30-60℃。当温度升至100℃时,冷却能力就会下降,就会有软点出现。

  5)氯化锌-氢氧化钠水溶液(光亮淬火剂):
  介质组成:氯化锌12.25%,氢氧化钠12.25%,肥皂0.5%,水75%。
  性能:氯化锌与氢氧化钠反应,生成氢氧化锌,呈乳白色,高温区冷却速度比水快,低温区冷却速度比水慢。
优点:淬火件硬度高,变形小,不易开裂,表面光亮。
  用途:用于碳钢和碳素工具钢等形状复杂的工模具的工件的淬火,可代替水-油双液淬火。
  注意事项:要注意淬火前事先要先搅拌均匀,用压缩空气搅拌更好,工作温度应控制在20-60℃之间。
  6)水玻璃(硅酸钠)水溶液:
  介质组成:单一水玻璃溶液,模数M=SiO2/Na20=2.4,相对密度1.091-1.125(12-16波美度(Bc))(硅酸钠可用硅酸钾代替)。
  性能:(1)60SiMn钢汽车钢板弹簧在840℃下淬火,然后在460℃下回火,介质工作温度60-70℃。用16波美度的溶液处理的钢板弹簧,疲劳寿命可比油淬火(寿命40万次)提高6.7-10倍(可达400万次)。
(2)114淬火剂:在密度为1.10-1.12g/cm3的水玻璃水溶液中,加NaOH使相对密度调整到1.14,其优点是可减小变形,避免开裂。(3)351淬火剂:水玻璃(SiO2摩尔数/Na2O摩尔数=2.4,波美度56)19.1%,NaOH1.1%,氯化钠12.6%,氯化钾12.6%,有利于阻止溶液起化学变化。水玻璃冷却能力在水与油之间。在低温区(300-200℃)水玻璃能在工作周围形成一层韧性膜,所以冷却速度就明显降低。它的冷却速度可调节,可用作淬火油代用品。
  缺点:工件表面会附着胶状硅酸钠,难以清洗。它的工件表面有腐蚀作用。

  用途:(1)用于60SiMn钢汽车钢板弹簧的淬火。
(2)用于形状复杂、厚薄不均的碳钢工件的淬火
(3)用于轴承钢等的淬火。
(4)用于大批量需用油淬火的工件,可作为油的代用品使用。

  7)碳酸钠水溶液:
  介质组成:(1)低浓度碳酸钠水溶液;(2)15-20%碳酸钠水溶液。
  性能:(1)性能和用途与氯化钠水溶液同,但其淬火有效厚度仅为其1/3;(2)适用于有效厚度大于25mm的轴承钢。
  用途:工件表面较光洁。
  注意事项:工作温度不应超过60℃。
3、有机水溶液:
  1)聚乙烯醇(PVA)水溶液(简称73合成淬火剂):
  介质组成:最好能使用聚合度为1750,醇解度为88%的聚乙烯醇。水溶液浓度为10%,加有防锈剂、防腐剂、消泡剂等,它是我国用量最大的有机水溶液淬火介质,其组成为:聚乙烯醇10%,三乙醇胺1%,亚硝酸钠1%, 苯甲酸钠0.4%,磺化蓖麻油0.02%,水87.58%。
  性能:使用时可加水稀释,例如可稀释到含聚乙烯醇0.1-0.3%。冬季使用时浓度应比夏季稍高,用于合金钢时应比碳钢稍高。
优点:它属于成膜型淬火介质,在冷却第一阶段,淬火件表面蒸汽膜外面被由聚乙烯醇形成的粘性膜包围,因而延长蒸汽膜的持续时间,冷却速度缓慢。进入沸腾阶段后,粘性膜破裂,冷却速度应明显加快。当温度降至低温区时,聚乙烯醇粘性膜又会重新形成,使冷却速度下降,这有利于防止工件开裂和变形。因此,它在高温区冷却速度与水近似,但低温区则比水慢。
缺点:因为在使用过程中它的浓度难以检测和控制,所以它的冷却性能变化大。它易发霉发臭。溶液结冰后再融解时,粘度就会下降,冷却性能就会变差,感应淬火时,析出的聚乙烯醇会堵塞感应圈喷水孔。目前国外已停用。
  用途:可用于中碳钢及中碳低合金钢的整体淬火,例如45钢,40Cr钢,40MnB钢,42CrMn钢等工件的淬火。
  注意事项:亚硝酸钠有毒,又会产生致癌物质,应改用其它无毒防锈剂。使用温度25-45℃。
  2)聚乙二醇:
  介质组成:感应淬火时最佳浓度为5-10%,整体淬火时为15-20%。
  优点:它属于成膜型淬火介质,可防止淬火件开裂。所形成的薄膜易清洗掉。
缺点:性能上不如聚醚型淬火介质,故欧美一直没采用。
  注意事项:使用中必须对介质浓度和温度进行控制。
  3)聚酰胺聚乙二醇(PAM)水溶液:
  介质组成:由酰胺与乙二醇共聚制得。
  性能:稳定性比其它有机聚合物淬火介质都好,当使用浓度超过15%时,淬裂几率可明显减少。
  用途:可用于直接淬火,锻造余热淬火和感应喷射淬火,特别用于大型工件的淬火。
  4)聚醚(PAG)水溶液:
  介质组成:由环氧乙烷与环氧丙烷的无规共聚物制得,常用的品种中主要成分的分子量约为13000,美国有UCON A,B,C,HT,AQ251、252、364、365等,苏联有ZSP1、2、3。
  优点:当温度升高时,聚醚溶解度反而会下降,乃至从水中析出(这叫做逆溶性)。聚醚水溶液在常温下均匀透明溶液,温度上升到浊点时,溶液就从透明变为混浊。当温度继续上升到逆熔点时,聚醚的线型大分子就会从水中析出,并与水完全分离。当溶液中聚醚浓度小于5%时,淬火时在高温区析出的聚醚,能在工件表面起浸润作用,促使蒸汽膜较快破坏,因此聚醚的冷却能力接近于NaCl或碱的水溶液。当聚醚浓度增大时,在淬火过程中能在工件表面形成沉积膜,起着隔热层的作用,使冷却速度下降。沉积膜的厚度取决于聚醚浓度。因此聚醚溶液的冷却速度是可以调节的。沉积膜的存在使散热比较均匀,从而可消除软点,并减小工件的内应力,防止工件变形。当淬火温度下降到逆熔点以下时,已析出的聚醚又会重新溶于水。聚醚的热稳定性良好,可长期使用。在美国可使用13-14年。聚醚无毒,公害小,淬火后工件易清洗。
缺点:价格太贵。
  用途:在世界上聚醚是应用最广的一种有机淬火液,可用于各种汽车工件以及航空工业的铝合金和钛合金,合金钢锻模的淬火,大转矩柴油机曲轴感应加热淬火等。它通常用于高频表面淬火,其浓度为1-2%。如用5%的浓度,可使冷却更均匀,避免水淬时常常产生的软点。如用10-20%的浓度,可加快冷却速度,适用于低淬火性钢的淬火,如用20-30%的浓度,可适用于钢件的整体和表面淬火。
  注意事项:工作温度一般为35-50℃。铝合金为25℃以下。但大截面高淬透性合金钢则需高浴温,高浓度,以避免工件产生不利的应力;某些钢(例如AISI5160)的工作温度为70℃。
  5)聚丙烯酸钠(SPA)水溶液:
  介质组成:(1)通常丙烯酸钠和聚丙烯-甲基丙烯酸钠按1:1比例混合而成,它是80年代出现的淬火介质;(2)我国的PAS-3水溶性淬火介质,以聚丙烯酸盐为主要成分;(3)我国TZQ有机水性淬火介质,主要成分为丙烯酸衍生物的聚合物,含量为27%(重),此外还含添加剂0.63%。
  性能:(1)冷却曲线几乎是直线形,蒸汽膜阶段时间很长,冷却速度慢,散热均匀,这对于非马氏淬火以及高淬透性、淬火易裂的钢工件是有利的,可起到正火的效果,可避免淬火件表面脱碳和氧化。热处理件的机械性能与调质处理相同,同时还具有很好的加工性能。由于取消了回火工序,简化了工艺,可以节约能源,降低成本。它可代替油浴、盐浴或铅浴,用于易开裂工件的淬火。(2)用PAS-3进行淬火后,工件的表面硬度和心部硬度均能符合国家标准,金相组织与淬火油相同,均为4级。疲劳试验结果与用N15号全损耗系统用油淬火较接近。(3)TZQ的冷却性能与PAS-3不同,蒸汽膜阶段短,高温区域冷却速度较快,这对低淬透性钢材的淬火有利。
  用途:可用于汽车锻件淬火、浓度5-10%的溶液可用于合金钢的淬火。10-20%的溶液可用于不锈钢的淬火。15-25%溶液可用于高速钢淬火。PAS-3可用于拖拉机活塞销20Cr钢渗碳后淬火和低温回火。
  6)聚丙烯酰胺(PAM)水溶液:
  介质组成:PAM分子量在150万以上,有两种水溶液:1号水溶液分子量为250万以上,2号水溶液分子量为150-250万,有效含量为7%,可完全溶于水中。此外还有固体的PAM产品,分子量各为300-500万和500-700万,水溶液中还要加入防锈防腐剂。
  性能:水溶液中加有亚硝酸钠,除有防锈作用外,还有破坏膜的作用,从而提高淬火临界区域的冷却速度,改善淬火条件(但亚硝酸钠有毒)。前苏联某汽车厂的载重汽车的曲轴(轴径100mm),过去采用油淬,后来为了提高淬透性和防止开裂,采用1-2%PAN+NaCL水溶液,淬火后轴径可以全部淬透,经高温回火后,心部和表面的机械性能基本一致,疲劳强度极限要比油淬高出25%,经济效益好。
  注意事项:亚硝酸钠有毒,又会产生致癌物质,应改用其它无毒防锈剂。
  7)木质素磺酸盐:
  介质组成:它是造纸厂亚硫酸纸浆废液的提出物,通常使用浓度为5-15%,溶液中可加入碳酸钠来调整。
  性能:无毒,成本低(仅为淬火油的1/160-1/240),随着它的浓度增加,蒸汽膜阶段的时间就会延长,冷却速度就会降低。木素磺酸盐能被吸附于金属表面,形成胶体膜,使冷却速度明显降低。
  缺点:容易发霉,从而导致变质分解,影响淬火质量。它还有难闻的气味。
  8)XL-氯化锌水溶性淬火介质:
  介质组成:XL主要是烷基苯的衍生物,有很高的抗氧化性和热稳定性,它是褐色粘稠液体,相对密度为1.5,溶于水中后为真溶液,可以与氯化锌等配合使用(加其它盐类效果不如氯化锌)。
  性能:氯化锌可在工作表面起破坏蒸汽膜作用,提高介质的特性温度,缩短蒸汽膜阶段的时间,提高淬火临界区域的冷却速度,在沸腾阶段后期,由于粘度的增加和不断在淬火工件表面产生的沉积物,减缓了热的传导,减低了冷却速度,因而可降低淬火件内应力,防止开裂,并减小变形量。
  用途:可用于45钢,GCr15钢等的淬火。
  9)511水溶性淬火介质:
  介质组成:以高分子有机聚合物为主,加有淬火高温区域冷却速度调整剂,可以任意比例与水互溶,冷却速度可调整。
  性能:无毒、无味、防锈性能好,泡沫少,防腐性好,淬火后,热处理件的硬度与金相组织都合格。
  用途:可用于感应喷射淬火,碳钢,合金结构钢和轴承钢的整体浸淬。
  10)聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液:
  介质组成:由N-乙烯基与吡咯烷酮聚合而成,分子量5万-36万(最佳为10万-20万),根据分子量的不同分为4个牌号,通常还加入15%以下的防锈剂(亚硝酸钠,硼砂等和3%以下的防腐剂)。
  性能:有很强的防止淬裂能力,可在较低浓度下使用,有一定的消泡、防锈性能。
缺点:在使用中,分子链容易断裂,使分子量降低,影响淬火质量,故未被广泛使用。
  用途:可用于整体直接淬火,锻造余热淬火及感应淬火,使用温度较宽(30℃-沸点附近)。
  注意事项:亚硝酸钠有毒,又会产生致癌物质,应改用其它无毒防锈剂。
  11)三乙醇胺水溶液:
  介质组成:水溶性好,可直接溶于水中。淬火浓度通常为5-8%。
  性能:冷却能力介于水和油之间,在低温区域,冷却仍嫌过快;当浓度为12%时,冷却速度会显著减慢。淬火工件不易生锈,用于盐浴加热淬火时不会与无机盐起化学作用。
  缺点:消耗能量较大,价格较高,淬火时会发生呛人气体。
  用途:可用于中碳钢淬火。
  注意事项:使用温度20-55℃。
  12)乳化油淬火液:
  介质组成:先用少量水(40℃左右)溶解乳化油,然后在室温下再加水稀释至所要求的浓度10-15%。69-1乳化淬火油可配成1-5%的水溶液使用。
  性能:乳化油加入水中后,可使冷却速度下降,使蒸汽膜的稳定性提高,沸腾阶段向低温区域转移。69-1等质量较好的乳化淬火液不易变质发臭,使用寿命较长,防锈性好。
  用途:可用于中碳钢感应加热淬火。
  注意事项:使用温度为20-45℃。

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