淬火介质发展概况

二、淬火介质发展概况

多年来，我国在淬火介质的研究和应用方面做了大量的工作，取得了一定的成绩，基本上满足了热处理生产的需要，但与国外的先进水平相比差距很大。同时，由于热处理行业中长期存在着“重热轻冷”(即重视工件的加热技术，而轻视淬火冷却技术)的倾向，且淬火冷却的生产实践又滞后于冷却转变的理论研究，致使淬火冷却技术落后于热处理其他技术领域的发展，是热处理行业中的一个薄弱环节。因此，积极研究开发和推广新型淬火介质已成为改变我国热处理生产落后面貌，提高机械产品质量的当务之急，在热处理生产中可以收到事半功倍的效果。

在我国，长期使用的淬火介质有水及无机物水溶液、机械油等几种，改革开放以后，淬火介质才有了长足的发展。

1．淬火油

机械油实质是润滑油。淬火油是按金属材料冷却转变特性和热处理技术要求而研制开发的热处理用油。国产淬火油有普通淬火油、快速淬火油、超速淬火油、光亮淬火油、快速光亮淬火油、真空淬火油、等温淬火油、分级淬火油等，已形成了完整的淬火油系列产品。国内的淬火油生产厂家已有20几个(含外资企业)，如大连海威石油化工有限公司、北京华立精细化工公司等，一些厂家的淬火油已达到进口淬火油的水平，可以与美国、日本、德国的淬火油互换。

2．水溶性聚合物淬火介质

水溶性聚合物淬火介质有聚乙烯醇(PVA)、聚烷撑二醇(PAG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯恶唑啉(PEOX)、聚异丁烯顺丁烯二酸钠(PM1)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸钠(PSA)、改性纤维素等。由于各种原因，近年来在国内热处理行业中真正得到长期和较大规模工业应用的，实际上只有聚乙烯醇(PVA)、聚烷撑二醇(PAG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等少数几种，目前用量最大、应用范围最广泛的是聚烷撑二醇(PAG)。近年来，我国也开展了水溶性聚合物淬火介质的研究工作，已有多种聚合物淬火介质研制成功，如北京机电研究所研制的聚醚乙二醇、江西工学院研制的羟乙基纤维素、沈阳工业大学研制的XL水溶性淬火介质等。

水溶性聚合物类淬火介质具有介于水和油之间的冷却能力(冷却能力可调)，在淬火件表面形成一层可提高传热均匀性的可逆的聚合物膜且符合环境保护的要求，这些优点正在被普遍认识和接受，并在合金钢调质、表面喷淬等方面得到了应用。如国内某机车连杆制造厂，采用水溶性聚合物类淬火介质，对42CrMo钢机车连杆淬火，同时采用控制浸淬技术，淬火件既避免了开裂，又使力学性能得到明显提高(达到R_m≥1000MPa、R_p0.2≥850MPa的力学性能指标，产品合格率达到100%)。又如某厂在20CrMnTi钢和20Cr钢渗碳淬火齿轮(模数3)使用水溶性聚合物类介质淬火，结果表明，渗碳齿轮的有效硬化层深度明显提高。由于聚合物淬火介质沿齿轮表面轮廓形成均匀可逆的聚合物膜，提高了冷却的均匀性，轴齿轮、滑动齿轮和半轴齿轮的公法线尺寸、孔径尺寸和键宽尺寸变化与油淬基本相当，带花键内孔的减速小齿轮的某些尺寸变化大于油淬，其精度损失最多比油淬大0.5级。

此外，人们尝试了在密封箱式多用炉和真空淬火炉中采用水溶性聚合物作为淬火介质，试验表明，采用水溶性聚合物淬火介质，对炉子的碳势及其控制没有产生不良影响，与油淬相当，淬火质量得到提高，环境得到改善，成本略有降低。水溶性聚合物淬火介质在真空淬火中的应用，为真空水淬碳钢制作的工具、模具开辟了一条新途径。

目前，水溶性聚合物类淬火介质应用于合金结构钢的淬火冷却，还有待解决结构复杂件的淬火开裂问题和精密件的畸变控制等问题。此外，介质的浓度控制及性能稳定性问题，带出液的回收、废液的降解排放问题，以及性能/价格比的优化选择问题，一直是人们关心的焦点。但是，随着人们对水溶性聚合物淬火介质认识的加深、冷却过程工艺控制水平的提高以及控制浸淬技术的推广应用，水溶性聚合物淬火介质将有广阔的应用前景。

3．淬火介质的发展方向

(1)加强淬火冷却的基础理论研究。

淬火冷却是一个非常复杂的过程，钢的过冷奥氏体连续冷却转变机制，新型淬火介质的冷却原理，水溶性淬火介质的浓度、液温和搅拌程度对淬火烈度的影响，淬火介质冷却特性对淬火工件质量的影响，淬火烈度与淬火工件硬度分布的相互关系，淬火工件的最佳内应力及其控制方法，淬火介质冷却能力的测定和评价，淬火介质的污染过程及其维护，淬火过程的计算机模拟和数学模型的建立等方面的研究都应加强，这些对于发展新型淬火介质，改进和提高原有淬火介质的性能，完善淬火工艺，减小工件畸变和开裂，提高工件的性能和质量，都具有重要的指导意义。

(2)不断改进和提高原有淬火介质的性能。

水和油等常用淬火介质的使用效果并不理想，已越来越不能满足热处理生产的要求，为此，要对原有的淬火介质进行改进。例如，在水中加入无机盐或有机聚合物，可以不同程度地降低工件淬火时低温区的冷却速度，因而能防止或减小工件淬裂和畸变倾向或获得更高的淬火硬度和更深的淬硬层深度，从而提高淬火工件的质量。对于淬火油，在保留其原有优点的基础上，提高其冷却速度和改善其某些特性后，仍然是很有前途的淬火介质。如开发添加有催冷剂、抗氧化剂、光亮剂等高效多用淬火油，可获得更强的冷却能力、更为合理的冷却速度分布、更长的使用寿命、更能保持工件表面的光亮性或更能减小工件的畸变和开裂倾向，从而实现一油多用。此外，改进淬火设备，采用搅拌、喷淋、超声等来强化冷却，都可以提高淬火油的冷却速度，满足淬火工艺要求。

(3)大力研究开发和应用新型淬火介质。

无机物水溶液淬火介质和有机聚合物淬火介质是我国淬火介质的发展重点，特别是要加强对有机聚合物淬火介质的研究，并扩大其应用。随着研究工作的深入，有机聚合物淬火介质的适用性、稳定性和经济性会进一步提高，应用也会越来越广泛。