聚乙烯醇合成淬火介质

时间：2022-10-12 百科知识版权反馈

【摘要】：根据测定结果，可对淬火液的浓度及时进行调整，以保持成分的稳定。为了控制淬火液的温度，应在淬火槽内设置冷却器、加热器以及循环装置，也可在淬火槽中放置蛇形管供加热或冷却用。在使用过程中，由于淬火液的喷淋、循环、搅动等，容易产生大量的泡沫，造成淬火冷却不均匀，影响工件的淬火质量。这种淬火剂主要适用于中碳钢和低合金钢等制件的淬火冷却。

二、聚乙烯醇合成淬火介质

聚乙烯醇合成淬火介质是由高分子(17－88)聚乙烯醇(白色固体粉末)加少量的防腐剂、防锈剂、消泡剂与水配制而成的，商品销售为浓缩液。

聚乙烯醇分子结构式为:

国产浓缩配方见表2－53，技术指标见表2－54。

表2－53　聚乙烯醇合成淬火剂配方(浓缩液)

表2－54　聚乙烯醇淬火介质的技术指标(标准JB 4393—1999)

注:浓缩液。

1．聚乙烯醇合成淬火介质稀溶液的配制

这种淬火剂供应状态为浓缩液，含聚乙烯醇为10%～12%。使用时要加水，稀释成不同浓度的水溶液，以供各种工件的淬火冷却用。具体配制淬火液的方法见下式:

式中: M为合成淬火剂浓缩液的重量，kg; N为所要配制淬火液的浓度，%; W为所需配制淬火液的重量，kg; P为合成淬火剂的实际浓度，%。

2．淬火液浓度的控制

由于赤热的工件不断地与淬火液接触，液中聚乙烯醇的含量也随着变化，一般随着使用时间的增长，淬火液的浓度逐渐降低，冷却性能也随着改变(图2－42)。为了保证热处理工件的质量，必须使淬火液中聚乙烯醇的浓度稳定在一个适当的范围内。由于通常情况下淬火液中含聚乙烯醇量很少，一般在0.1%～0.5%，因此，采用测量比重值、折光率和电导率的方法难以准确控制其浓度，目前，现场生产中使用比较多的测量方法为烘干称重法，按JB/T 4392—1999测定淬火液中含固体物的总量。

图2－42　不同浓度聚乙烯醇水溶液在40℃时的冷却曲线

(测试探头为φ20mm银球)

固体含量x(%)按下式计算:

式中: W为容器重量，g; W₁为烘干后样品和容器重量，g; W₂为烘干前样品和容器重量，g。

由于在淬火冷却过程中，随工件带入液体中的有油污、铁锈等杂物，因此，取样时要在淬火液静止的条件下盛取。必要时在测试前将样品用滤纸过滤后再进行烘干试验。

在连续生产使用时，至少每周取样测定1次。根据测定结果，可对淬火液的浓度及时进行调整，以保持成分的稳定。

3．淬火液温度的控制

根据试验和生产情况，随着淬火液的温度变化，其冷却性能有明显的改变(图2－43);液温增高，冷却速度减慢;当液温高于50℃时，冷却速度大幅度地降低，往往会出现不完全淬火及硬度偏低的现象。因此，一般情况下，液温应控制在室温以上，但不得超过45℃。

为了控制淬火液的温度，应在淬火槽内设置冷却器、加热器以及循环装置，也可在淬火槽中放置蛇形管供加热或冷却用。尽量避免采用表面接触电加热器或烧红的铁块等进行加热，以防止槽中聚乙烯醇大量地烧损和分解。

图2－43　0.1%聚乙烯醇水溶液在不同温度下的冷却曲线

(测试探头为φ20mm银球)

4．防止淬火液的凝胶

淬火液中的聚乙烯醇系有机聚合物，遇到盐、碱等无机盐类会产生凝胶现象，使冷却性能改变，因此，在使用过程中应尽量避免带入盐、碱。如工件清洗带入碱液将使pH值逐渐提高。因此，对淬火液用测pH值的方法进行管理，可防止淬火液凝胶失效。用pH 5～9范围内的精密试纸进行测定，最适宜的范围为pH6.5～7.5。

5．淬火液的消泡、防腐和防锈

(1)在使用过程中，由于淬火液的喷淋、循环、搅动等，容易产生大量的泡沫，造成淬火冷却不均匀，影响工件的淬火质量。因此，在生产中要注意采用技术规格适宜的循环泵，扬程不宜过高，最好不超过30m。采用螺旋桨搅拌时，转速应控制在450r/min以下。

如果需要进一步消除泡沫时，可加入少量的消泡剂，直接滴入淬火槽中。所用消泡剂，如太古油或SPG－10等，加入量应小于0.01%，一般不会影响淬火冷却效果。

(2)淬火液虽具有一定的防腐能力，但在常温(28℃左右)静止的条件下，遇霉菌易繁殖，会逐渐产生臭味，颜色变黑，以致失效。为了防止槽中和管道内的霉菌在液体中的繁殖，应做到淬火液每天搅动或循环一次，使淬火液使用寿命延长。

如因气温过高，欲进一步提高防腐效果时，可向槽中加入少量防腐剂(小于0.2%的苯甲酸钠)。

(3)淬火液含有一定量的防锈剂，具有较好的防锈性能，但在我国南方高温、高湿季节里，有时工件淬火后生锈，在淬火操作中可以采取控制工件的淬火终冷温度的办法，使工件表面残存的水分尽快蒸发掉。通常，淬火终冷温度应控制在150～250℃，在不影响工件淬火技术条件时此要求可适当掌握。

对于形状复杂、尺寸较小的工件，淬火终冷温度难以控制时，可在淬火槽中加入少量防锈剂(如0.05%的亚硝酸钠)，能显著提高防锈效果。

6．淬火液的更换周期及排放

(1)由于有机物淬火介质在使用过程中不可避免地要老化变质，需要在一定的时间内进行更换。在对淬火液、温度及pH值进行严格控制及配备沉淀、过滤装置，在保持淬火液清净、无腐败的情况下，使用时间一般为1～3个月，各热处理生产现场可根据具体生产情况进行更换。

(2)更换新淬火液时，必须考虑旧液排放的污染问题。根据北京环境保护监测中心测定，新配制的0.3%聚乙烯醇淬火液的生物耗氧量为68.4mg/L，低于国家污水排放标准(100mg/ L)，如经使用后或淬火液的浓度较高时，可以适当用水稀释，使其生物耗氧量低于100mg/L后排放。

7．聚乙烯醇合成淬火介质的适用范围

这种淬火剂主要适用于钢铁工件表面淬火的喷射冷却或浸入冷却，也可以用于空气炉加热整体淬火冷却;不适用于盐炉加热的淬火冷却(由于淬火工件带入大量无机盐，会引起聚乙烯醇的分解及凝胶现象)。

这种淬火剂主要适用于中碳钢和低合金钢等制件的淬火冷却。所适用的钢种可根据其工件的几何形状、尺寸大小以及技术条件的要求等，并结合淬火液在不同浓度和温度下的冷却性能加以综合考虑，或进行试验来确定。

根据目前部分生产资料，由下列钢号制造的机械零件可用合成淬火液进行淬火冷却(表2－55)。

表2－55　合成淬火液的适用范围

8．聚乙烯醇合成淬火介质的冷却性能

在静止状态下，不同浓度的聚乙烯醇水溶液与水、油的冷却能力对比见图2－44;喷射状态下，不同浓度的聚乙烯醇水溶液与水的冷却能力对比见图2－45;不同浓度的聚乙烯醇水溶液对φ25mm 40MnB钢端淬曲线的影响见图2－46;不同浓度的聚乙烯醇水溶液对φ30mm 40MnB钢淬透性曲线的影响见图2－47。

图2－44　在静止状态下不同浓度的聚乙烯醇水溶液与水、油的冷却能力对比(φ20mm银球)

1．水，23℃　2．0.1%聚乙烯醇水溶液，26℃　3．0.2%聚乙烯醇水溶液，26℃　4．0.3%聚乙烯醇水溶液，26℃　5．0.4%聚乙烯醇水溶液，26℃　6．3号锭子油，20℃

从图2－44可以看出，26℃浓度为0.1%聚乙烯醇水溶液最大冷速约为450℃/s，对应的温度约为380℃，特性温度约为550℃，300℃以下的冷却速度比水慢得多;随着浓度的升高，最大冷速下降，但温度向高温方向移动，所以，聚乙烯醇水溶液通过调节浓度，其冷速可以接近于水又可以接近于油，也是较为理想的淬火介质。从图2－45可以看出，聚乙烯醇水溶液在喷射状态下，冷却性能也比较理想。从图4－46、图4－47可以看出，聚乙烯醇水溶液的淬透曲线随浓度的升高，冷却能力下降，淬火最高硬度降低，淬硬层深度减薄。