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高中频热处理用淬火介质的选用 |
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作者：北京华立精细化工公司 张克俭 |
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为获得合格的高中频热处理产品，除必须的设备条件和合理的工艺方法外，选好用好淬火冷却介质也是必不可少的。
一 高中频热处理用淬火冷却介质的过去和现状
高中频加热后的淬火冷却，通常采用三种方式。一是喷淋淬火，二是加热后的同时浸液淬火，三是埋油加热淬火。喷淋淬火用得最多，既适用于表面连续加热淬火，也适用于同时淬火。埋油加热淬火多用于淬透性好的合金结构钢件的连续淬火。不管采用何种淬火冷却方式，所用淬火介质都应满足以下三方面的要求：
1、能使工件获得要求的淬火态硬度和淬硬层深度、不淬裂和无超差的淬火变形；
2、安全、清洁；
3、介质的冷却特性稳定，以便获得长期稳定的淬火冷却效果。
自来水是清洁而又廉价的淬火介质。它既适于喷淋淬火，也适于浸液淬火。但是，工件冷却到较低温度时，自来水的冷却速度过快，使其只适于碳含量较低的碳素结构钢件的淬火冷却。对于淬透性稍高的合金结构钢件和碳含量更高的碳素结构钢，如果使用自来水，淬裂危险会很大。
普通机械油的冷却速度不快，可用于淬透性较好的钢种。专用快速淬火油具有远低于自来水，而又比普通机械油高得多的淬火冷却速度，适于大多数合金结构钢、碳素工具钢和截面小的碳素结构钢件的淬火冷却。但是，淬火油易燃，不适于喷淋淬火之用，通常只用于高、中频同时加热后的浸液淬火冷却。同时，为获得更深的淬火硬化层，淬火冷却介质应当具有更快的冷却速度。即便是现代冷却速度最快的淬火油，做浸液淬火时，也达不到许多感应加热淬火件的冷却速度要求。此外，在油中浸液淬火时也会有烟气，淬火后的工件还需要清洗。
在只有自来水和普通机油的年代，为了对一些碳含量较高和淬透性较好的钢种做感应加热连续淬火，人们开发了埋油加热淬火技术。埋油加热淬火能解决一些工件的淬火开裂问题，但设备复杂、操作烦琐和生产效率低，致使其应用面一直很小。
为解决众多合金结构钢件的感应加热连续淬火以及整体浸液淬火冷却问题，人们想了多种办法。早些年使用最成功，并得到较普遍应用的是聚乙烯醇水溶液。在我国，上世纪70年代开始，聚乙烯醇淬火介质就在热处理行业推广应用。直到现在，还有一些工厂在使用这种淬火介质。聚乙烯醇溶入水中，可以降低水的淬火冷却速度；既适于做喷淋淬火，也适于做浸液淬火。配制成不同的浓度，可以适用于不同钢种的需要。但是，聚乙烯醇淬火液也有几大缺点：一是化学稳定性较差，容易老化变质，因此需要做经常性的整槽更换；二是该淬火液的实际浓度很低，一般无法测量它的有效浓度，很难根据淬火液的变质程度进行有效的浓度调整；三是容易在感应圈的喷水孔壁上形成不溶于水的聚合物膜而造成水流堵塞。
上世纪80年代末开始，PAG类水溶性淬火介质在我国得到推广。实际应用证明，PAG聚合物的化学稳定性高，因此使用寿命长；正常生产条件下，PAG淬火液可连续使用几年而无需做整槽更换。PAG类淬火剂易溶于水，浓度容易测定，因此也就容易调整实际的使用浓度。改变浓度可以适应不同钢种和工件的需要。淬火后的工件可不清洗而直接回火。因为是水溶液，工件淬火时没有烟气，更没有火灾危险。PAG淬火液既可用于喷淋淬火，也可用于浸液淬火。使用PAG淬火液时，不会堵塞感应圈的喷水孔。由于有众多的优点，实际使用效果又好，近十几年来，PAG淬火剂的应用面迅速扩大。过去使用聚乙烯醇的地方大多改用了PAG介质。过去许多感应加热淬火中解决不了的淬火开裂问题和淬硬深度不足问题也都通过采用PAG淬火剂而得到了解决。总之，PAG淬火剂是当前国内外高中频淬火热处理生产中使用得最多和应用效果最好的淬火介质。
二 PAG淬火介质的使用效果
试验证明，感应加热淬火用PAG淬火液，可以获得比用自来水和其它水溶性淬火液更均匀和更稳定的淬火硬度分布。图1是在用自来水做淬火介质时，不同工艺参数条件下获得的淬火层硬度分布曲线。图2是采用PAG淬火剂时，不同工艺参数条件下的淬火层硬度分布曲线。表1和表2分别是不同流速时，采用自来水和不同浓度的PAG淬火液所得表面淬火态硬度的统计结果。可以看出，用PAG淬火液做感应加热工件的喷淋淬火时，淬火硬度比用自来水要高，淬火硬化层更深，硬度分布更均匀，而且淬火时的工艺参数波动对淬火后硬度的影响非常之小。
PAG淬火液不仅在一般结构钢件的感应加热淬火中用得很成功，而且在淬硬层特别深，铸钢件或者铸铁件的感应加热淬火中也取得了满意的淬火效果。比如，郑州水工机械厂为三峡大坝水下闸门行走轮用导轨做中频连续淬火，导轨材质为ZG42CrMo,淬硬层深度要求大于15mm，不允许有表面裂纹。该厂采用PAG类淬火剂今禹8-20，使用浓度14％，使淬硬层深度达到22～26mm，无裂纹，变形也很小。东风汽车公司发动机厂在专用的卧式淬火机床上，对EQ491发动机上的铬钼合金铸铁凸轮轴的8个凸轮做感应加热同时淬火。感应淬火时，凸轮轴处于铸造毛坯状态。淬火的技术要求是表面硬度50～60HRc，桃尖硬化层深度为4.6～10.0，基圆硬化层深度为1.5～8.0mm。该厂采用11％的今禹8-20淬火液，工件完成加热后，再浸入淬火液中淬火冷却。淬火结果，凸轮轴无淬裂，各部分的淬火硬度和淬硬深度全部满足要求。表1 自来水和PAG淬火液喷淋淬火效果对比之一
50钢，水温30℃，冷却时间22秒 喷射速度25升/分 表2 自来水和PAG淬火液喷淋淬火效果对比之二
50钢，水温30℃，冷却时间22秒 喷射速度35升/分 三 PAG淬火介质使用维护方法
PAG淬火液的配制非常简单，按体积或者按总量比例与自来水调配在一起，稍加搅动使其溶化后，即可用于淬火冷却。根据设备条件、工件的情况和热处理要求，调整并确定合适的热处理工艺参数，即可正常生产。日常生产中，每天用折光仪测量一次浓度，用以监测淬火液的浓度变化情况。这样的浓度测量，每次只需要几分钟就能完成。如果发现浓度过高或者过低，就补加自来水或者淬火剂来加以调整。为保证冷却特性稳定，必须对淬火液的使用温度加以调控。通常，淬火液的温度宜控制在20～40℃范围内。此外，要防止淬火液受到过多的外来污染，并定期清除淬火槽底的沉渣。只要能做好上述简单的维护管理工作，一般工厂都能长期用好PAG淬火液。当然，如果遇到与淬火介质有关的其它问题，应当向淬火介质供应商咨询解决办法。(end)
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(3/25/2006) |
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