水溶性淬火液的配方
1、水： 优点：汽化热高，传热系数较高，化学稳定性好，很便宜，使用方便。缺点：冷却速度随水温的变化而发生明显变化。650-550℃区间冷却速度小于300-200℃区间。因在奥氏体不稳定区域冷却速度低，故会出现淬不硬现象。淬火件在淬火时还会产生巨大的应力，造成开裂和变形。蒸汽膜阶段长，易生气泡。在淬火件的凹槽和孔内蒸汽不易逸出，造成冷却不均，因此易出现软点。 用途：只用于小截面、形状简单的碳素钢件错淬火，工作表面较光洁。 注意事项：使用时最好用搅拌或强制循环的方法，以提高冷却的均匀性，防止产生软点和变形。水中不应混入灰尘、油类等杂质。工作温度不应超过40℃。2、无机水溶液： 1）氯化钠（食盐）水溶液： 介质组成：NaCl浓度可用5%或10%。 优点：NaCl能附着于灼热的淬火件表面，剧烈爆炸成雾状（崩膜），使蒸汽膜破坏，蒸汽膜阶段大为缩短，从而明显提高水的冷却速度，冷却也比较均匀。价格便宜，淬火件可达到较高硬度，而且硬度均匀。缺点：冷却速度随溶液温度而变化，淬火后淬火件易生锈。用途：用于淬透性低、不易开裂、对防止变形要求低的淬火件，例如碳素钢件（有效厚度30-100mm，采用盐水，油淬火），合金结构钢（40Cr,40CrMoV,有效厚度30-150mm；38CrMoAl有效厚度>80mm。） 注意事项：使用时溶液温度应控制在60℃以下，淬火后要清洗，并要进行防锈处理。 2）氢氧化钠水溶液： 优点：冷却曲线与氯化钠溶液基本相同，NaOH可与淬火件表面的氧化皮相互作用，产生氢气，使氧化皮迅速剥落，使淬火件表面呈现光亮的银白色。冷却能力大于氯化钠。缺点：有腐蚀性，劳动条件较差，在使用中易吸收空气中的二氧化碳而使成分逐渐变化。与前两者一样，冷却速度也随溶液温度而明显变化。 用途：用于碳素钢。 注意事项：要定期更换溶液。 3）饱和氯化钙水溶液： 优点：在奥氏体不稳定区（650-550℃）时，有很高的冷却速度，在马氏体转变区，由于它的沸点比水高，对流的开始温度也较高，同时它的粘度比水大，传热性也较差，因此冷却速度较慢，从而减小淬火的应力，防止变形和开裂。它的配制方便，容易购买，价格低，使用寿命长。缺点：温度太低时，会有氯化钙结晶析出，堵塞淬火槽管路。淬火件放置时易生锈。 注意事项：淬火件淬火后要及时清洗，进行防锈处理。 4）过饱和硝酸盐水溶液： 介质组成：（1）三硝溶液硝酸钠25%，亚硝酸钠20%，硝酸钾20%，水35%， 使用相对密度应控制在1.4-1.5之间；（2）二硝溶液硝酸钠31.2%，亚硝酸钠20.8%，使用相对密度应控制在0.36-1.41之间。 优点：在高温区（650-550℃），由于大量硝酸盐的存在会破坏蒸汽膜的形成和稳定性，使冷却速度接近水。在低温区（300-200℃），由于溶液浓度高，粘度大，流动性差，对流速度慢，使冷却速度又接近油。三硝溶液与饱和氯化钙溶液相似，淬火硬度高，淬硬层深，变形小，不易开裂。淬火件防锈性好，冷却特性介于水与油之间，高温下冷却速度比油快3倍，低温下为油的1倍，但仍比水慢。缺点：价格比氯化钙高很多，亚硝酸钠有毒，易生致癌物质。 用途：用于中碳钢、高碳钢、低合金和球墨铸件的淬火，还可代替碳钢的水－油双液淬火。45钢有效厚度小于或等于40mm。有些形状简单的合金钢[40Cr,65Mn,20Cr(渗碳后),GCr15] 工件也可采用。 注意事项：要注意亚硝酸钠有毒，而且有致癌作用，应改用无毒防锈剂。使用温度为30-60℃。当温度升至100℃时，冷却能力就会下降，就会有软点出现。5）氯化锌-氢氧化钠水溶液（光亮淬火剂）： 介质组成：氯化锌12.25%，氢氧化钠12.25%，肥皂0.5%，水75%。 性能：氯化锌与氢氧化钠反应，生成氢氧化锌，呈乳白色，高温区冷却速度比水快，低温区冷却速度比水慢。优点：淬火件硬度高，变形小，不易开裂，表面光亮。 用途：用于碳钢和碳素工具钢等形状复杂的工模具的工件的淬火，可代替水-油双液淬火。 注意事项：要注意淬火前事先要先搅拌均匀，用压缩空气搅拌更好，工作温度应控制在20-60℃之间。 6）水玻璃（硅酸钠）水溶液： 介质组成：单一水玻璃溶液，模数M=SiO2/Na20=2.4,相对密度1.091-1.125（12-16波美度(Bc)）（硅酸钠可用硅酸钾代替）。 性能：（1）60SiMn钢汽车钢板弹簧在840℃下淬火，然后在460℃下回火，介质工作温度60-70℃。用16波美度的溶液处理的钢板弹簧，疲劳寿命可比油淬火（寿命40万次）提高6.7-10倍（可达400万次）。 （2）114淬火剂：在密度为1.10-1.12g/cm3的水玻璃水溶液中，加NaOH使相对密度调整到1.14，其优点是可减小变形，避免开裂。（3）351淬火剂：水玻璃（SiO2摩尔数/Na2O摩尔数=2.4，波美度56）19.1%，NaOH1.1%，氯化钠12.6%，氯化钾12.6%，有利于阻止溶液起化学变化。水玻璃冷却能力在水与油之间。在低温区（300－200℃）水玻璃能在工作周围形成一层韧性膜，所以冷却速度就明显降低。它的冷却速度可调节，可用作淬火油代用品。 缺点：工件表面会附着胶状硅酸钠，难以清洗。它的工件表面有腐蚀作用。 用途：（1）用于60SiMn钢汽车钢板弹簧的淬火。 （2）用于形状复杂、厚薄不均的碳钢工件的淬火 （3）用于轴承钢等的淬火。 （4）用于大批量需用油淬火的工件，可作为油的代用品使用。 7）碳酸钠水溶液： 介质组成：（1）低浓度碳酸钠水溶液；（2）15-20%碳酸钠水溶液。 性能：（1）性能和用途与氯化钠水溶液同，但其淬火有效厚度仅为其1/3；（2）适用于有效厚度大于25mm的轴承钢。 用途：工件表面较光洁。 注意事项：工作温度不应超过60℃。3、有机水溶液： 1）聚乙烯醇（PVA）水溶液（简称73合成淬火剂）： 介质组成：最好能使用聚合度为1750，醇解度为88%的聚乙烯醇。水溶液浓度为10%，加有防锈剂、防腐剂、消泡剂等，它是我国用量最大的有机水溶液淬火介质，其组成为：聚乙烯醇10%，三乙醇胺1%，亚硝酸钠1%， 苯甲酸钠0.4%，磺化蓖麻油0.02%，水87.58%。 性能：使用时可加水稀释，例如可稀释到含聚乙烯醇0.1-0.3%。冬季使用时浓度应比夏季稍高，用于合金钢时应比碳钢稍高。优点：它属于成膜型淬火介质，在冷却第一阶段，淬火件表面蒸汽膜外面被由聚乙烯醇形成的粘性膜包围，因而延长蒸汽膜的持续时间，冷却速度缓慢。进入沸腾阶段后，粘性膜破裂，冷却速度应明显加快。当温度降至低温区时，聚乙烯醇粘性膜又会重新形成，使冷却速度下降，这有利于防止工件开裂和变形。因此，它在高温区冷却速度与水近似，但低温区则比水慢。缺点：因为在使用过程中它的浓度难以检测和控制，所以它的冷却性能变化大。它易发霉发臭。溶液结冰后再融解时，粘度就会下降，冷却性能就会变差，感应淬火时，析出的聚乙烯醇会堵塞感应圈喷水孔。目前国外已停用。 用途：可用于中碳钢及中碳低合金钢的整体淬火，例如45钢，40Cr钢，40MnB钢，42CrMn钢等工件的淬火。 注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。使用温度25-45℃。 2）聚乙二醇： 介质组成：感应淬火时最佳浓度为5-10%，整体淬火时为15-20%。 优点：它属于成膜型淬火介质，可防止淬火件开裂。所形成的薄膜易清洗掉。缺点：性能上不如聚醚型淬火介质，故欧美一直没采用。 注意事项：使用中必须对介质浓度和温度进行控制。 3）聚酰胺聚乙二醇（PAM）水溶液： 介质组成：由酰胺与乙二醇共聚制得。 性能：稳定性比其它有机聚合物淬火介质都好，当使用浓度超过15%时，淬裂几率可明显减少。 用途：可用于直接淬火，锻造余热淬火和感应喷射淬火，特别用于大型工件的淬火。 4）聚醚（PAG）水溶液： 介质组成：由环氧乙烷与环氧丙烷的无规共聚物制得，常用的品种中主要成分的分子量约为13000，美国有UCON A，B，C，HT，AQ251、252、364、365等，苏联有ZSP1、2、3。 优点：当温度升高时，聚醚溶解度反而会下降，乃至从水中析出（这叫做逆溶性）。聚醚水溶液在常温下均匀透明溶液，温度上升到浊点时，溶液就从透明变为混浊。当温度继续上升到逆熔点时，聚醚的线型大分子就会从水中析出，并与水完全分离。当溶液中聚醚浓度小于5%时，淬火时在高温区析出的聚醚，能在工件表面起浸润作用，促使蒸汽膜较快破坏，因此聚醚的冷却能力接近于NaCl或碱的水溶液。当聚醚浓度增大时，在淬火过程中能在工件表面形成沉积膜，起着隔热层的作用，使冷却速度下降。沉积膜的厚度取决于聚醚浓度。因此聚醚溶液的冷却速度是可以调节的。沉积膜的存在使散热比较均匀，从而可消除软点，并减小工件的内应力，防止工件变形。当淬火温度下降到逆熔点以下时，已析出的聚醚又会重新溶于水。聚醚的热稳定性良好，可长期使用。在美国可使用13-14年。聚醚无毒，公害小，淬火后工件易清洗。缺点：价格太贵。 用途：在世界上聚醚是应用最广的一种有机淬火液，可用于各种汽车工件以及航空工业的铝合金和钛合金，合金钢锻模的淬火，大转矩柴油机曲轴感应加热淬火等。它通常用于高频表面淬火，其浓度为1-2%。如用5%的浓度，可使冷却更均匀，避免水淬时常常产生的软点。如用10-20%的浓度，可加快冷却速度，适用于低淬火性钢的淬火，如用20-30%的浓度，可适用于钢件的整体和表面淬火。 注意事项：工作温度一般为35-50℃。铝合金为25℃以下。但大截面高淬透性合金钢则需高浴温，高浓度，以避免工件产生不利的应力；某些钢（例如AISI5160）的工作温度为70℃。 5）聚丙烯酸钠（SPA）水溶液： 介质组成：（1）通常丙烯酸钠和聚丙烯-甲基丙烯酸钠按1：1比例混合而成，它是80年代出现的淬火介质；（2）我国的PAS-3水溶性淬火介质，以聚丙烯酸盐为主要成分；（3）我国TZQ有机水性淬火介质，主要成分为丙烯酸衍生物的聚合物，含量为27%（重），此外还含添加剂0.63%。 性能：（1）冷却曲线几乎是直线形，蒸汽膜阶段时间很长，冷却速度慢，散热均匀，这对于非马氏淬火以及高淬透性、淬火易裂的钢工件是有利的，可起到正火的效果，可避免淬火件表面脱碳和氧化。热处理件的机械性能与调质处理相同，同时还具有很好的加工性能。由于取消了回火工序，简化了工艺，可以节约能源，降低成本。它可代替油浴、盐浴或铅浴，用于易开裂工件的淬火。（2）用PAS-3进行淬火后，工件的表面硬度和心部硬度均能符合国家标准，金相组织与淬火油相同，均为4级。疲劳试验结果与用N15号全损耗系统用油淬火较接近。（3）TZQ的冷却性能与PAS-3不同，蒸汽膜阶段短，高温区域冷却速度较快，这对低淬透性钢材的淬火有利。 用途：可用于汽车锻件淬火、浓度5-10%的溶液可用于合金钢的淬火。10-20%的溶液可用于不锈钢的淬火。15-25%溶液可用于高速钢淬火。PAS-3可用于拖拉机活塞销20Cr钢渗碳后淬火和低温回火。6）聚丙烯酰胺（PAM）水溶液： 介质组成：PAM分子量在150万以上，有两种水溶液：1号水溶液分子量为250万以上，2号水溶液分子量为150-250万，有效含量为7%，可完全溶于水中。此外还有固体的PAM产品，分子量各为300-500万和500-700万，水溶液中还要加入防锈防腐剂。 性能：水溶液中加有亚硝酸钠，除有防锈作用外，还有破坏膜的作用，从而提高淬火临界区域的冷却速度，改善淬火条件（但亚硝酸钠有毒）。前苏联某汽车厂的载重汽车的曲轴（轴径100mm），过去采用油淬，后来为了提高淬透性和防止开裂，采用1-2%PAN+NaCL水溶液，淬火后轴径可以全部淬透，经高温回火后，心部和表面的机械性能基本一致，疲劳强度极限要比油淬高出25%，经济效益好。 注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。 7）木质素磺酸盐： 介质组成：它是造纸厂亚硫酸纸浆废液的提出物，通常使用浓度为5-15%，溶液中可加入碳酸钠来调整。 性能：无毒，成本低（仅为淬火油的1/160-1/240），随着它的浓度增加，蒸汽膜阶段的时间就会延长，冷却速度就会降低。木素磺酸盐能被吸附于金属表面，形成胶体膜，使冷却速度明显降低。 缺点：容易发霉，从而导致变质分解，影响淬火质量。它还有难闻的气味。 8）XL-氯化锌水溶性淬火介质： 介质组成：XL主要是烷基苯的衍生物，有很高的抗氧化性和热稳定性，它是褐色粘稠液体，相对密度为1.5，溶于水中后为真溶液，可以与氯化锌等配合使用（加其它盐类效果不如氯化锌）。 性能：氯化锌可在工作表面起破坏蒸汽膜作用，提高介质的特性温度，缩短蒸汽膜阶段的时间，提高淬火临界区域的冷却速度，在沸腾阶段后期，由于粘度的增加和不断在淬火工件表面产生的沉积物，减缓了热的传导，减低了冷却速度，因而可降低淬火件内应力，防止开裂，并减小变形量。 用途：可用于45钢，GCr15钢等的淬火。 9）511水溶性淬火介质： 介质组成：以高分子有机聚合物为主，加有淬火高温区域冷却速度调整剂，可以任意比例与水互溶，冷却速度可调整。 性能：无毒、无味、防锈性能好，泡沫少，防腐性好，淬火后，热处理件的硬度与金相组织都合格。 用途：可用于感应喷射淬火，碳钢，合金结构钢和轴承钢的整体浸淬。 10）聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）水溶液： 介质组成：由N-乙烯基与吡咯烷酮聚合而成，分子量5万-36万（最佳为10万-20万），根据分子量的不同分为4个牌号，通常还加入15%以下的防锈剂（亚硝酸钠，硼砂等和3%以下的防腐剂）。 性能：有很强的防止淬裂能力，可在较低浓度下使用，有一定的消泡、防锈性能。缺点：在使用中，分子链容易断裂，使分子量降低，影响淬火质量，故未被广泛使用。 用途：可用于整体直接淬火，锻造余热淬火及感应淬火，使用温度较宽（30℃-沸点附近）。 注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。 11）三乙醇胺水溶液： 介质组成：水溶性好，可直接溶于水中。淬火浓度通常为5-8%。 性能：冷却能力介于水和油之间，在低温区域，冷却仍嫌过快；当浓度为12%时，冷却速度会显著减慢。淬火工件不易生锈，用于盐浴加热淬火时不会与无机盐起化学作用。 缺点：消耗能量较大，价格较高，淬火时会发生呛人气体。 用途：可用于中碳钢淬火。 注意事项：使用温度20-55℃。 12）乳化油淬火液： 介质组成：先用少量水（40℃左右）溶解乳化油，然后在室温下再加水稀释至所要求的浓度10-15%。69-1乳化淬火油可配成1-5%的水溶液使用。 性能：乳化油加入水中后，可使冷却速度下降，使蒸汽膜的稳定性提高，沸腾阶段向低温区域转移。69-1等质量较好的乳化淬火液不易变质发臭，使用寿命较长，防锈性好。 用途：可用于中碳钢感应加热淬火。 注意事项：使用温度为20-45℃。
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