淬火爐用的淬火液有油基淬火液和水基淬火液,淬火液是由聚醚類高分子材料添加多種表面活性劑制成,由于其對水有逆溶性的特點,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。在熱處理得到廣泛應用,使用PAG淬火劑能有效改善工作環(huán)境,提高零件的淬火質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,是一種成熟的熱處理淬火介質(zhì)。
PAG淬火液是一種高分子聚合物水溶性淬火液,選用國外原料精制而成,具有獨特的逆溶性,(一般稱之為濁點效應)安全,環(huán)保,使用壽命長,使用成本低,現(xiàn)在國際油價越來越高,國家對環(huán)境保護愈來愈嚴的大氣候下,成為熱處理行業(yè)的使用較多淬火介質(zhì)。
淬火液即液態(tài)淬火介質(zhì),是國內(nèi)外淬火熱處理過程中使用比較廣泛的冷卻介質(zhì)。按基本組成可分為水基型和油基型。
油基淬火液
較早所采用的油是動植物油,其冷卻能力較水弱,但仍具有足夠的冷卻能力,且油溫度升高時對淬火能力影響不大,是較為理想的淬火介質(zhì)。由于價格及原料來源的限制,工業(yè)上多采用礦物油,如0#柴油,10#、20# 、30#機械油等。礦物油隨黏度、閃點不同其冷卻能力不同,使用溫度也不同。由于其冷卻速度較緩慢,對截面較大的碳鋼及低合金鋼不易淬硬,而且材料表面易玷污,使用有一定的局限性。為改善油的冷卻能力,可采用適當提高油溫(通常在80℃以下的范圍內(nèi)調(diào)節(jié))、強烈攪拌循環(huán)及加入添加劑等方法。在油中加入如磺酸鈉、磺酸鋇、磺酸鈣、環(huán)烷酸鈣等添加劑,在淬火冷卻時,添加劑粘在工件表面成為形成蒸汽泡的質(zhì)點,使穩(wěn)定蒸汽膜不易形成,提高了高溫區(qū)的冷卻能力,這種油稱為“快速淬火油”。此外,在輕油及用溶劑精煉法提取的淬火油中加入熱穩(wěn)定劑、無灰分的表面活性劑,可以使工件淬火后表砥迅速被油膜包覆浸潤而不致在表面沉積炭黑,從而使工件淬火后表面光亮潔凈,這種油稱為“光亮淬火油”。另外,礦物油中加入表面活性劑可使金屬淬火均勻,并有利于淬火后礦物油的清洗。例如,在淬火用礦物油中添加2%~5%非離子乳化劑如壬基酚聚氧乙烯(6)醚,金屬制品淬火后用水沖洗即可除掉礦物油。
水基淬火液
水是經(jīng)濟的淬火介質(zhì)。其化學穩(wěn)定性很高,熱容量較大。但純水在高溫區(qū)的冷卻能力并不強,而在300℃附近冷卻能力卻很大,因此,純水的冷卻特性恰恰與我們要求的理想淬火介質(zhì)的特性相反,這正是純水極少使用原因。常用的水基淬火液有鹽水、堿水、飽和氯化鈣、三硝水溶液(NaNO3、NaNO2、KNO3)、有機高分子水溶液等。
自從上世紀五十年代末期美國提出了無毒、無臭、不燃和冷卻性能在水油之間、可調(diào)的聚乙烯醇(PVA)水溶液淬火介質(zhì),以后又發(fā)展為聚亞烷基乙二醇(PAG)、聚氧乙烯乙二醇(GLY)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等有機高分子聚合物水基淬火液。70年代末期又研制出適用于貝氏體淬火的非馬氏體淬火液——堿性聚丙烯酸酯(ACR)。其特點是黏度較高,適用于等溫淬火、鍛件熱鍛淬火、高速鋼及馬氏體不銹鋼的淬火。此外,還有聚丙烯酰胺(PAM)、甲基纖維素(CMC)及高相對分子質(zhì)量聚皂水溶液等新的淬火液品種。高分子聚合物水溶液已成為淬火介質(zhì)的主要發(fā)展方向。上述高分子聚合物都含有強極性基團,又有疏水部分,因此具有高分子表面活性劑的特性。它們在淬火液中主要作為基礎增稠劑。
由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合制得的聚醚具有逆溶性,這一性質(zhì)使它在水基金屬加工液(如切削液、磨制液、淬火液)中發(fā)揮優(yōu)良的潤滑作用。當聚醚溶液被帶人切削區(qū)域,遇到熱的金屬表面時,液體溫度很快升到高于聚醚的濁點。這時,聚醚即從水中析出,形成油一樣的微小液滴,這些液滴在金屬表面形成薄的潤滑油膜,起到流體潤滑作用。試驗證明,當溫度高于濁點時,5%的聚醚溶液與該聚醚的濃縮液具有相同的潤滑性能。在常溫下,聚醚易溶于水,其水溶液具有許多淬火液所要求的優(yōu)良性能,故在淬火液中得到廣泛應用。制備“傳統(tǒng)聚醚”所用單體必須包括環(huán)氧乙烷,其質(zhì)量分數(shù)在整個分子中的含量好在70%~90%,至少占10%。也可以只用環(huán)氧乙烷一種單體。其他單體是含C3~4的低級環(huán)氧化物,如環(huán)氧丙烷、四氫呋喃及環(huán)氧丁烷的2種異構體等?!皞鹘y(tǒng)聚醚”的相對分子質(zhì)量多為2萬左右,屬于中高相對分子質(zhì)量范疇。它的制備多采用“分步合成法”,即先按一般方法用環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷合成相對分子質(zhì)量為幾百至幾千的聚醚,然后用這種聚合物作起始劑與單體繼續(xù)聚合制得較高相對分子質(zhì)量的聚醚。重復上述步驟幾次就可以得到所需相對分子質(zhì)量的產(chǎn)物。環(huán)氧乙烷與另一種單體的雜聚共聚物和嵌段共聚物都可以稱作“傳統(tǒng)聚醚”。