小议淬火介质与淬火液:
一:淬火介质
1.油性介质
对油的冷却特性,特别要注意它的稳定性。根据我们了解到的情况,不管国内外什么厂家生产的油品,在大量连续处理一般中小型工件的场合,正常使用条件下,油品的稳定性可分成三种水平。经过短时间使用,比如仅仅使用二、三十天后,冷却能力就已开始衰退。这样的油稳定性不好。经过半年左右的使用,冷却能力的衰退开始表现出来,淬火后工件表面出现污点并逐渐增多;不到一年,淬火油就不得不整槽更换。这样的油稳定性差。在相同的使用条件下,淬火油可以连续使用二、三年,甚至更长的时间,之后才开始出现冷却能力衰退迹象。这样的油稳定性好。能在几年的连续使用中保证淬火工件得到要求的淬火硬度、硬化深度、心部组织,且变形不超差,加上淬火后的工件易清洗,这样的油就可以称为好油。就油品而言,是否是好油,实际包括了油的冷却特性合适和稳定性好两方面。
对于生产现场来说,油的好坏,第一步看是否选对了油的类型。一般情况下,淬火油按使用的温度范围分成冷油和热油。冷油的冷却速度一般比热油要快。在冷油中,又根据油的冷却速度高低分成快速淬火油和中快速淬火油。油的冷却速度越快,其粘度一般多更低,闪点相应也越低。热油的粘度和闪点多较高。根据所处理工件的材质、大小和热处理要求,该选择冷却速度快的冷油的,如果选择成了冷却速度不够快的热油;那么,不管该油品的质量如何好,工件淬火后也会硬度不足,而且变形很大。相反,该选择热油的场合,如果选成了冷却速度过快的冷油,不管该油品的质量如何好,工件在其中淬火的结果,变形超差,且心部硬度过高。不仅冷油、热油要选择正确,就是在其中油品的级别,也应选择正确。如果该选快速油而选成了中快速油,也会由于冷却速度不足,使某些工件达不到要求的淬火硬度。热油的级别不同,主要指它们使用温度的不同。使用温度高的品种,一般适用于较小型的工件,其控制变形的能力更好些。但是,对更大一些的工件,或者淬透性稍差点的钢种,就应当选择使用温度更低的油品。
评价油品种类和级别是否选得正确,最简单的判断方法是用生产中准备采用的工艺参数,加热单一的工件,在该油品中淬火,看看能否得到要求的淬火硬度、淬硬深度、心部硬度,以及变形要求。如果单件淬火能达到工件的热处理要求,该油品的种类和级别就基本上是选对了。剩下来要做的就两件事。一是从设备条件和工艺方法等方面保证多个工件同时淬火时的均匀性,二是了解(或者在使用中考验)该油品的稳定性。
在选择淬火油时,前面已经谈到过,这里还需要强调一下:一是任何一种工件都可能在冷却特性有相当差别的油中淬火,且都能满足该工件的热处理要求。二是任何一种淬火油也都可以用来处理相当多不同钢种、大小和要求的工件。淬火油供应商,只需要提供有限的几种油品,就能满足几乎所有工件的需要,道理就在这里。同样的道理,一个热处理厂只需要配备有限的几种油,就能满足几乎所有工件的需要。
2.水性介质
一种好的水性淬火剂,首先要能同时满足三项要求:一是冷却特性适合,二是化学稳定性好,三是浓度易测易控。此外,和用淬火油相比,水性介质需要更多的维护管理。因此,供应商的售后服务能力和技术水平,也是一个必须考虑的要素。加在一起,就成为评价水性介质好坏的四个要求。
二:淬火液
淬火液中的PAG聚合物本身相当稳定,在一般的使用条件下几乎不会被氧化分解,也不会和遇到的酸碱物质发生反应。那么,问题出在什么地方?后来,经过研究发现,上面谈到的问题,实质上是使用中的有效浓度的测定方法问题。
淬火剂是当前国内外使用得最普遍和使用效果最好的水性淬火介质。这类淬火介质在上世纪80年代中期开始进入我国热处理行业。因为实际生产应用效果良好,很快就在一定范围内推广开。但也出过这样一类问题:一些工厂开始时用得好,有的甚至发表了文章。但过了不久,采用的相同的浓度,却有少量工件淬裂;继续用下去,淬裂的比例还逐渐增多。找不到淬裂的原因,最终不得不停用。究其原因,是不了解PAG淬火液在使用中的变化规律,因而没能采取相应的应对措施。
淬火剂是以PAG聚合物为主,加上其它提供辅助性能的添加剂而制成的。在工件淬火过程中,工件周围的液温一旦升到溶液的浊点以上,PAG聚合物就从溶液中脱溶出来,以细小液珠形式悬浮在淬火液中。悬浮的PAG液珠一接触到红热工件,就靠其非常好的润湿性粘附到工件表面上,成富水的包膜把工件包裹起来。PAG淬火介质就是靠这种包膜来调节水的冷却速度,避免工件发生淬火开裂的。工件冷却下来后,黏附在工件上的聚合物又会回溶到淬火液中。回溶需要时间,而生产中往往等不到聚合物回溶干净就将工件从淬火液中取出。这样,工件带出的液体中PAG聚合物含量往往高于所用淬火液中的含量。长期、大量工件淬火后,淬火液中PAG的相对浓度就必然逐渐降低,而其它添加剂组份的浓度却逐渐相对升高。因为只有PAG才有调节水的冷却特性的作用,它的浓度降低就相应降低了淬火液调节冷却特性的能力。由于一般工厂都采用折光仪来测定淬火液的总浓度,所以,在相同浓度上,使用久了的PAG淬火液冷却速度更快,成为引起淬裂的原因。
由于水是其中的第一大组份。而水在热处理生产中特别容易挥发。所以水溶性淬火介质的有效浓度测量问题都非常重要。PAG类淬火介质可以用折光仪法检测浓度,但它不适于用比重法测量浓度。聚乙烯醇类淬火介质不适于用比重法,也不适于用折光仪法测量浓度;因此很难做现场浓度调控。无机盐水溶液的浓度检测既可以用折光仪发,也可以用比重法。所有水性淬火液都适宜用冷却特性仪来控制浓度。但采用冷却特性控制浓度不仅需要配备冷却特性测试仪,还需要相关的应用技术和分析能力。
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