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    真空爐淬火液的發展

    發布日期:2014-02-09 00:00 來源:http://www.tamildailyserial.com 點擊:

    真空爐淬火液的發展:
    淬火是將金屬零件加熱到相變溫度以上,保溫后在淬火介質中急劇冷卻得到馬氏體組織;從而達到提高或調整零件硬度和耐磨性的目的。在這個過程中要求淬火介 質(淬火液)有良好的低變形性,低燒裂性,耐熱性,洗凈性,脫脂性,防銹性,冷卻性,光亮性,等等一系列性能要求,通常淬火液按組成分為油基型和水基型兩 大類。

    真空爐
    油基淬火液

    最早采用的油是 動植物油,其冷卻能力較弱,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,時較為理想的淬火介質。由于價格及原料來源的限制,工業上多采用礦物油,如0#柴油,15~32#粘度等級的機械油 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,使用油一 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℃以下的范圍內調節)、強烈攪拌循環及加入添加劑等方法。在油中加入如磺酸鈉、磺酸鋇、 磺酸鈣、環烷酸鈣等添加劑,在淬火冷卻時,添加劑粘在工件表面成為次女國貨曾蒸汽泡的質點,使穩定蒸汽膜不易形成,提高了高溫區的冷卻能力,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定劑、無灰分的表面活性劑國務常用1%的米唑啉油酸鈉和0.3%的T501,可以使工 件淬火后表面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

    水是最經濟的淬火介質。其化學穩定性很高,熱容量較大。但純水在高溫區的冷卻能力并不強,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的特性相反,這正是純水極少使用的原因。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。

    20世紀50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、可調的聚乙烯醇(PVA)、水溶液淬火介質,以后又發展為聚亞烷基乙二醇 (PAG)、聚氧乙烯二醇(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),其特點氏黏度較高,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)及高相對分子質量聚皂水溶液等新的淬火液品種。

    由環氧乙烷、環氧丙烷開環聚合制得的聚醚具有逆溶性,這乙性質使它在水基金屬加工液(如切削液、磨制液、淬火液)中發揮了優良的潤滑作用。當聚醚溶液 被帶入切削區域,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 求的優良性能,故在淬火液中得到廣泛應用。制備“傳統聚醚”所用單體必須包括環氧乙烷,其質量分數在整個分子中的含量最好在70%~90%,至少占 10%。也可以只用環氧乙烷一種單體。其他單體時含C3~4的低級環氧化物,如環氧丙烷、四氧呋喃及磺氧丁烷的2種異構體等?!皞鹘y聚醚”的相對分子質量 多為2萬左右,屬于中高相對分子質量范疇。它的制備多采用“分步合成法”即先按一般方法用環氧丙烷、環氧乙烷合成相對分子質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聚合制得較高相對分子質量的聚醚。重復上述步驟幾次就可以得到所需相對分子質量的產物。環氧乙烷與另一種單體的雜聚共聚物和 鑲嵌共聚物都可以稱作“傳統聚醚”。制備“傳統聚醚”的起始劑時常用的醇類、胺類。國外已經報道了大量關于水基淬火液用聚醚的合成及其應用的專利,而且已 進入工業化生產和應用階段。我國在這方面的研究起步較晚,許多產品仍需以來進口。近年來,研究較多的時改性聚醚。

    PAG淬火液是工業上應用較多的一種水及淬火液,是以特定的聚醚類非離子型高分子聚合物(PAG)加上能獲得其他輔助性能的復合添加劑和矢量的水配置 而成的。特別對于尋求水-油之間冷速的中低淬透性鋼,PAG是較理想的淬火液。使用PAG淬火劑的目的就是調節水的冷卻特性。在淬火過程中,PAG成膜迅 速,冷卻能力可隨濃度的調整而變化,淬火硬度均勻,淬火后無需清洗即可直接回火。淬火液的冷卻特性決定于其中PAG組分的特性和數量。其他提供輔助性能的 添加劑對淬火液的冷卻性能幾乎沒有影響。但在淬火生產中,工件帶出及受高溫氧化分解都會使PAG聚合物的量減少。淬火過程中,工件周圍液溫升高,PAG聚 合物從溶液中脫溶出來并靠其潤濕性以富水的包膜形式黏在工件表面上,從而調整工件的冷卻速度。工件冷卻下來后,黏附在工件表面的聚合物又會溶到淬火液中。 回溶需要一定時間,而生產中往往等步到聚合物回溶干凈就將工件從淬火液中取走。因為工件帶出的液體中PAG含量往往高于所有淬火液中PAG的 平均濃度。長期、大量淬火后,淬火液中PAG的相對濃度必然逐漸降低。另外,PAG具有很高的化學穩定性,在室溫下與一般的酸堿不發生反應,只有在 250℃的高溫且又有氧存在的條件下才被氧化分解。淬火過程中,黏附在工件表面的PAG聚合物膜大部分可以因為其中及其周圍的水肥被氣化而保持在不高于水 沸點的溫度。但緊接工件表面的部分仍然可能升到更高的溫度而發生氧化分解,導致PAG含量降低。這樣淬火液中其他添加劑組分的相對含量將隨之升高,最終影 響淬火效率。

    PAG淬火液用于鋁合金淬火有顯著的優越性,對于鋁板的淬火效率比熱水淬火的效率減少60%。然而PAG淬火液在多數鋼件馬氏體轉變區的冷速比油快,因此對高合金鋼的調質有一定的局限性。

    PVP、ACR淬火液是為彌補PAG的上述不足而開發的,但這兩種聚合物無逆溶性,淬火后粘在工件表面的聚合物需清洗,加上其工藝性和穩定性步及 PAG,應用也有限。PEO(聚乙烯基噁唑啉)淬火液AQ3610氏好富頓國際公司的專利產品,具有逆溶性,黏度大大低于PAG淬火液,從而減少了工件淬 火后帶出聚合物的量。而且具有獨特的冷卻性能,在300℃的冷速與油基淬火液一樣慢,而在高溫區冷速又比油快。5%~25%的 AQ3610淬火液可以滿足從感應淬火到大鍛件、鑄件調質處理的冷速要求,淬火后無需清洗即可直接回火。

    近年來,隨著石油資源的日益緊缺以及人類共同對環保強調,大量的水基淬火液被廣泛地用于熱處理加工過程中,由上述聚乙烯醇(PVA)、聚亞烷基乙二醇 (PAG)、聚氧乙烯乙二醇(GLY)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、堿性聚丙烯酸酯(ACR)、聚丙烯酰胺(PAM)、甲基纖維素(CMC)等含強極性基 團的高分子聚合物為基礎增稠劑組成的水基淬火液已成為今后的發展方向。

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