PAG淬火液使用中的變化規(guī)律

1、使用PAG淬火介質的工廠普遍遇到諸如：1、為什么長期使用中必須逐漸提高淬火液的濃度才能保證工件不淬裂？2、哪種濃度測量方法最有效？3、如何減少淬火劑的消耗？4、淬火液變黑和發(fā)臭后還能不能用？5、受污染的淬火液有沒有辦法做去污更新等實際問題。事實上，這類問題都與淬火液的變化密切相關。因此認識和解決這類問題要從了解PAG淬火液在使用中的變化規(guī)律入手。PAG淬火劑是以特定的聚醚類非離子型高分子聚合叮PAG）加上能獲得其它輔助性能的復合添加劑和適量的水而制成的。使用中，淬火液可能發(fā)生的變化主要有兩類：一類是其冷卻性能上的變化，另一類是其防銹和防腐敗等性能的變化。因為使用PAG淬火劑的目的是調節(jié)水的冷卻

2、特性，以下將重點討論冷卻特性的變化，只在最后提一下防銹和防腐敗問題。一、PAG組分的變化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特性幾乎沒有影響。淬火液中所含PAG聚合物的變化包括量的變化和質的變化兩部分。1淬火液中聚合物量的變化生產中，工件帶出與受高溫氧化分解都會使聚合物的量減少。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粘附在工件表面上，從而調整工件的冷卻速度。工件冷卻下來后，粘附在工件表面的聚合物又會回溶到淬火液中?；厝苄枰欢〞r間，而生產中往往等不到聚合物回溶干凈就將工件從淬火液中取走。因此，工

3、件帶出的液體中PAG含量往往高于所用淬火液中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，而其他添加劑組分的相對含量就隨之增長。因此，回溶得越充分，淬火液中PAG組分的相對減少就越慢，即其冷卻特性越穩(wěn)定。2DPAG的氧化分解配制PAG淬火液的聚合物具有很高的化學穩(wěn)定性，在室溫下與一般的酸堿不發(fā)生反應。只有在約250叮上的高溫且又有氧存在的條件下才被氧化分解。淬火過程中，粘附在工件表面的聚合物膜大部分可以因為其中及其周圍的水分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(fā)生氧化分解。分子量低的氧化分解產物成氣體跑掉，其他部分則留在淬火

4、液中。在高溫和機械剪切作用下發(fā)生斷鏈而又存留下來的PAG斷鏈產物也將不再具有原來調整冷卻特性的能力，而成為非有效成分存在于淬火液中。淬火液的濃度越大，淬火中工件表面形成的聚合物膜越厚，發(fā)生這種分解的量就越多。熱處理生產的產量越大，淬火液使用的時間越長，這種分解和斷鏈殘留物就越多。二、非PAG組分的變化1D非PAGDOODODO添加劑組分無逆溶性，始終平均分布在溶液中，加上其濃度低，受高溫影響少，因此，生產中發(fā)生變質的量也少，變質產物也基本不揮發(fā)。添加劑組分的質的變化，通常只降低淬火液的防銹和防腐敗性以及消泡性等輔助性能，而基本不影響淬火液的冷卻性能。2D添加劑組分量的變化前面談到，淬火工件帶走

5、的液體中，PAG組分的相對濃度往往高于淬火液的平均值。因此，經過長期使用的淬火液，添加劑組分的相對濃度總是比新配制的高。然而，生產中作補充的淬火劑通常具有固定的組分比例。于是，淬火液使用得越久，淬火量越大，以及淬火PAG組分的相劑補充量越多，淬火液中添加劑及其變質殘留物O相對濃度越高。相反，有效對濃度也就越低。3D自來水含可溶物的積累自來水中加入PAG淬火劑而配制成PAG淬火液，因此自來水也是這種淬火液的組分。生產中，自來水容易揮發(fā)，需要經常補充。自來水不是蒸餾水，其中總含有少量但多種水以外的物質。使用中，水揮發(fā)后，原來溶解在其中的不揮發(fā)物質將留下來。結果，水中這些可溶物及其在使用中的可溶變質

6、殘留物的濃度會增高。這些物質在水中積累起來，濃度會越來越高。時間一長，有的得到飽和，更多的部分就進入沉渣中。4外來污染物除淬火劑和水外，生產中不免會給淬火液帶進其他物質。如工件帶入的氧化皮，以及現(xiàn)場常見的可溶和不可溶物質。其中的不溶物有的形成沉渣，有的懸浮在淬火液中。可溶物也成為溶液的組分，并通過積累使?jié)舛仍龃?。這些可溶和不溶的外來物質就構成淬火液中的外來污染物。外來污染物基本不影響淬火液的冷卻特性，但其中的可溶物會增大溶液的折光率。三、常見濃度測量方法當前，使用PAG淬火劑的工廠用來測量濃度的方法有折光儀法、粘度法和真實濃度法。根據上述PAG淬火液的變化規(guī)律，下面逐一對這三種方法加以評價。1

7、折光儀濃度法所有溶解進水中的物質都會改變水溶液的折光率。溶質對溶液折光率的貢獻與其在該溶液中的濃度成正比，而溶液的總的折光率又是各溶質對溶液折光率的貢獻的簡單疊加值。根據這種規(guī)律，用折光儀測出的將是溶液中所有溶質的總的折光率。因此，新配制的PAG淬火液的折光率是其中的PAG聚合物組分和添加劑組分的折光率之和。如圖1中A所示。前面談到，淬火液使用后，PAG聚合物的相對濃度會降低，而添加劑組分的相對濃度則要升高。同時，由于水分揮發(fā)，自來水中的可溶物質的濃度也會升高。此外，淬火液不免要受到污染，可溶污染物也要增大溶液的折光率。這樣，使用后淬火液的折光率就是由聚合物、添加劑、水的自身污染和外來污染物等

8、四部分對折光率的貢獻相加而成的。如圖1中B所示。可以看出，生產中用折光儀測量淬火液濃度時，為了保持一定的PAG濃度，必須使用更高的折光儀讀數濃度。淬火液的使用時間越長，淬火量越多，污染越嚴重，要求的折光儀濃度就越高。不明白這個道理，繼續(xù)按新配制淬火液時的折光儀讀數控制淬火液濃度，就會因其中PAG聚合物濃度偏低，冷卻速度偏快而引起淬火開裂。2粘度測量法PAG淬火液的粘度隨淬火劑的濃度增高而增大。在PAG淬火劑中，PAG聚合物組分對淬火液的粘度提高起著決定性的作用，而其他組分（包括污染物）的影響相當小。因此，用測量粘度的辦法能比較好地排除其他組分的影響，測量出溶液中PAG組分的濃度。但是，對于使用

9、較久的PAG淬火液，用粘度測量法會高估了溶液中的有效濃度?？赡艹霈F(xiàn)的危險仍然是溶液冷卻速度過快。3真實濃度測量法真實濃度測量法是北京華立精細化工公司首先提出來的。這種方法是利用PAG聚合物特有的逆溶性，采用加熱分離的辦法，把溶液中有逆溶性的聚合物與無逆溶性的其他組分分開來，再計算淬火液濃度的折光儀測試法。由于能測定溶液中有逆溶性的聚合物濃度，因此能在稍長的使用時間內比較好地測量和控制淬火液濃度。由于不受其他組分含量多少的影響，而且只需用一只普通的折光儀，應當說它是比較好的測定溶液中PAG總量的方法。但是，也同粘度測量法一樣，只按這種方法控制濃度，時間一久，實際的冷卻速度會偏高。因此，如不加以注

10、意，也有淬裂危險。4口關于PAG淬火液的有效濃度出來的PAG聚合物一起粘附在工件表面上，這部分PAG的濃度，我們把它叫做有效濃度。取淬火冷卻中，不僅能從工件周圍超過濁點的水中脫溶出來，而且還可能同其他脫溶淬火液在燒杯中作加熱試驗發(fā)現(xiàn)，新配制的淬火液，當被加熱到沸騰溫度時，脫溶出來的聚合物能全部呈絮狀團聚在一起，并因裹帶了水蒸氣而首先浮在液面上。經過長期使用的PAG淬火液被加熱到沸騰溫度時，就可能有一部分脫溶出來的聚合物不是與其他聚合物相聚成絮狀，而是獨自像雪花一樣下沉到杯底。這樣的淬火液，用粘度法或真實濃度法測量的濃度雖較高，但其冷卻特性與較低濃度的新配淬火液相當。顯然，呈雪花狀下沉的那部分聚

11、合物就屬于非有效部分。采用粘度法或真實濃度法都不能將非有效聚合物分開，因而也不能準確地控制經過長期使用的淬火液的冷卻特性。雪花狀脫溶物的形成原因尚不清楚，但估計與淬火液的污染和高溫下大分子量的PAG的斷鏈產物中有逆溶性的部分有關。存在于溶液中的某些污染物，包括一些懸浮物，它們如果能聚集在脫溶出來的PAG表面上而使界面能低于聚合物與溶液的相界面的界面能，則PAG聚合物該部分表面就將失去與其他PAG聚合物接觸并團聚的條件。表面上聚集了這些污染物的脫溶PAG小珠子，因為失去了聚團和粘附到工件表面的能力，便成了無效的脫溶物。綜上所述，PAG淬火液中具有逆溶性的組分并不都能起到調節(jié)冷卻特性的作用。因此，

12、當淬火液使用較長時間后，為保證與新配制時相同的有效濃度，必須采用更高的真實濃度。如圖2所示。四、最好的辦法是憑冷卻特性控制濃度使用PAG淬火劑的目的是把它作為水的添加劑加入水中來調節(jié)其冷卻特性。因此，熱處理生產中要求控制的也應當是淬火液的冷卻特性。前面提到的折光儀測試法，粘度測試法，以及真實濃度測試法的采用，是利用與這些參數的間接關系來反映淬火液的冷卻特性。前面分析了常用濃度測量方法對使用較長時間的淬火液測出的濃度往往高于實際的有效濃度。如果不加以修正，容易引起淬裂。修正的辦法有兩種，一是憑經驗從工件的淬火效果來調整濃度，二是用冷卻特性儀來控制濃度。憑經驗調整濃度的做法是對工件的淬火態(tài)硬度作記

13、錄，作成圖表，用來觀察同類工件的硬度變化趨勢。當發(fā)現(xiàn)工件的淬火硬度連續(xù)偏高到一定程度時，及時采取升高淬火液濃度等辦法來降低實際的冷卻速度。這就可以防止出現(xiàn)淬裂。而當發(fā)現(xiàn)工件的硬度連續(xù)一段時間偏低或硬度高低不均以及有較大變形時，考慮降低淬火液濃度來增大冷卻速度。經驗法需要經驗和嚴格的管理，需要責任心，但卻很有效，很可靠，適合由工程技術人員來做。用冷卻特性儀來控制濃度，具體的做法是定期測量淬火液的冷卻特性，主要憑其300叮速來確定溶液的有效濃度，再用折光儀按比例來控制濃度。有條件的工廠自己購買一臺冷卻特性儀，并安排專人進行測定。其他工廠可送樣到淬火介質生產廠去進行測量。測定水性淬火液的冷卻特性可以

14、選用配備符合國際標叮ISO9950）的鎳鉻合金探頭的國內外冷卻特性儀。五、關于PAG淬火液的防銹性和防腐敗性因此PAG淬火劑都含有一定量的防銹劑，所配水溶液總是具有高于自來水的防銹性。一般不擔心淬火液的防銹性問題。當發(fā)現(xiàn)防銹性不足時，可以補加少量防銹劑。PAG淬火液的腐敗變化往往發(fā)生在溶液先受油之類的有機物污染，然后又較長時間未使用，尤其在天氣較熱的夏季。腐敗的現(xiàn)象為發(fā)臭，變黑。至今，尚沒有一種防腐劑能夠保證長期停用的受污染淬火液不發(fā)生腐敗現(xiàn)象。經驗證明，變黑和發(fā)臭都不影響淬火液的冷卻特性，也不影響用折光儀法，用粘度法以及用真實濃度法測量的濃度值。通過生產中的循環(huán)攪動帶入空氣，過一段時間臭味就

15、會消失，溶液也隨之恢復到原來的顏色。這種腐敗變質是由厭氧細菌引起，通入空氣即有殺菌效果。與淬火劑生產廠聯(lián)系，補加很少一點殺菌劑，即可以殺滅細菌，消除臭味，并使淬火液變回為淡黃色。六、生產現(xiàn)場減緩淬火液變化的措施在生產現(xiàn)場采取以下措施可以減緩PAG淬火液的變化：延長工件淬火冷卻后在淬火液中的停留時間，以利于工件粘附的聚合物充分溶解；對剛出淬火槽的工件做進一步的自來水清洗，并將清洗用水作為補充水加入淬火槽中；加強管理，減少淬火液的污染；有條件的工廠自己購買一臺冷卻特性測試儀，用冷卻特性來控制淬火液濃度；暫時沒條件通常，的工廠應當定期取樣送淬火劑生產廠進行冷卻特性測試，并用冷卻特性曲線控制濃度。連續(xù)

16、生產時，最好每3個月進行一次取樣測量；當所用的PAG淬火液使用了較長時間，污染積累較多，用折光儀測出的濃度已經相當高，濃度測量和冷卻特性控制比較困難時，可以與北京華立精細化工公司聯(lián)系，對淬火液進行一次去污更新處理，把其中的污染物大部分清除掉，讓其中最有效成分存留下來。處理后的淬火液又可以在比較低的折光儀濃度上使用，淬硬效果和防止變形特點與新配制的淬火液相當。七、PAG淬火液整槽更換問題由于使用和污染，PAG淬火液的變化始終不會停止。因此，不管如何使用和維護，都有必須做整槽更換的壽命周期。淬火量大，管理維護差，淬火液的壽命就短。相反，淬火量少，或管理維護好，則壽命就長。國外使用PAG淬火介質的工

17、廠，為保證熱處理工件有穩(wěn)定的質量，都根據自己的使用特點，規(guī)定了必須做整槽更換的時間。多數工廠是一年左右一換，長的是幾年一換。PAG淬火液使用淬火劑30度10%濃度曲線圖PAG淬火液，是由聚烷撐二醇(Polyaleneglycol)聚合物加添加劑中的水溶劑的水溶性淬火介質.聚烷撐二醇是一種環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的共聚物,簡稱PAG.PAG淬火劑是當前國內外使用得最普遍和使用效果最好的水性淬火介質。這類淬火介質在上世紀80年代中期開始進入我國熱處理行業(yè)。因為實際生產應用效果良好，很快就在一定范圍內推廣開。但也出過這樣一類問題：一PAG淬火液在使用中的變化些工廠開始時用得好，有的甚至發(fā)表了文章。但過了不

18、久，采用的相同的濃度，卻有少量工件淬裂；繼續(xù)用下去，淬裂的比例還逐漸增多。找不到淬裂的原因，最終不得不停用。究其原因，是不了解規(guī)律，因而沒能采取相應的應對措施。淬火液中的PAG聚合物本身相當穩(wěn)定，在一般的使用條件下幾乎不會被氧化分解，也不會和遇到的酸堿物質發(fā)生反應。那么，問題出在什么地方？后來，經過研究發(fā)現(xiàn)，上面談到的問題，實質上是使用中的有效濃度的測定方法問題。PAG淬火劑是以PAG聚合物為主，加上其它提供輔助性能的添加劑而制成的。在工件淬火過程中，工件周圍的液溫一旦升到溶液的濁點以上，PAG聚合物就從溶液中脫溶出來，以細小液珠形式懸浮在淬火液中。懸浮的G液珠一接觸到紅熱工件，就靠其非常好的

19、潤濕性粘附到工件表面上，成富水的包膜把工件包裹起來。介質就是靠這種包膜來調節(jié)水的冷卻速度，避免工件發(fā)生淬火開裂的。工件冷卻下來后，黏附在工件上的聚合物又會回溶到淬火液中?；厝苄枰獣r間，而生產中往往等不到聚合物回溶干凈就將工件從淬火液中取出。這樣，工件帶出的液體中PAG聚合物含量往往高于所用淬火液中的含量。長期、大量工件淬火后，淬火液中PAG淬火PAG的相對濃度就PAPAG才有調節(jié)水的冷卻特性的作用，它的濃必然逐漸降低，而其它添加劑組份的濃度卻逐漸相對升高。因為只有度降低就相應降低了淬火液調節(jié)冷卻特性的能力。由于一般工廠都采用折光儀來測定淬火液的總濃度，所以，在相同濃度上，使用久了的PAG淬火液

20、冷卻速度更快，成為引起淬裂的原因。解決這類問題的辦法，一是改進濃度檢測方法，最好是用冷卻特性測試儀來調控濃度；二是發(fā)現(xiàn)工件的淬火硬度升高，就適當提高淬火液的折光儀濃度，來保證工件不淬裂。此外，為了減緩有效濃度降低的速度，可以設法延長工件在淬火槽中的浸泡時間，并對工件上帶出的淬火液做及時的清洗，而后將清洗用的水補充進淬火槽中。這樣做也能減少淬火劑的消耗。由于水是其中的第一大組份。而水在熱處理生產中特別容易揮發(fā)。所以水溶性淬火介質的有效濃度測量問題都非常重要。PAG類淬火介質可以用折光儀法檢測濃度，但它不適于用比重法測量濃度。聚乙烯醇類淬火介質不適于用比重法，也不適于用折光儀法測量濃度；因此很難做

21、現(xiàn)場濃度調控。無機鹽水溶液的濃度檢測既可以用折光儀發(fā)，也可以用比重法。所有水性淬火液都適宜用冷卻特性儀來控制濃度。但采用冷卻特性控制濃度不僅需要配備冷卻特性測試儀，還需要相關的應用技術和分析能力。該PAG淬火劑/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，提高零件的淬火質量，降低生產成本，是一種成熟的熱處理淬火介質如右圖左圖的為淬火劑的原液，右圖為74C逆溶點析出主要特點:淬硬層深及淬火層均勻，減少工件的淬火變形，避免淬裂和軟點危險

22、；該淬火劑具有良好的穩(wěn)定性，淬火冷卻速度隨時間變化??；濃度易測易控，可以任何比例與水互溶，得到介于水和油之間的冷卻速度；對工件、淬火槽、冷卻循環(huán)系列有短期的防銹效果；生產環(huán)境清潔，淬火時清潔、環(huán)保；不易老化、變質，使用壽命長,帶出量少，使用成本低，綜合經濟性好；理化性能:項目技術指標外觀（原液）無色至淺黃色透明液體密度(25C,g/cm3)1.07PH值9.00-10.00原液280205%1.17粘度10%1.90(40C,Cst)水溶液(37.8C,Cst)20%4.3130%8.50防銹性5%具有良好的防銹性水溶性74C逆溶析出，74C以下溶于水冷卻特性:采用符合ISO9950標準的IVF冷卻速度測試儀測得30C下不同濃度的THIF-502淬火劑的曲線如圖所示:附：不同濃度的THIF-502淬火劑與水、油等冷卻速度值對比表適用范圍:該淬火劑可用于碳素鋼、低合金鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼等的淬火。適用于開口式淬火槽、連續(xù)爐、淬火槽外設的多用爐作整體浸淬、感應加熱淬火等該淬火液不適用于鹽浴爐（溶入鹽影響濃度）。批量工件進行淬火時，注意工件間保持足夠距離。使用淬火劑需注意的問題：濃度確定：請參照水性淬火液使