淬火介質

一、液體

1、水

1）清水、2）無機鹽或鹼的水溶液、3）有機物水溶液

2、油

1）植物油、2）全損耗系統用油（機械油）、3）專用淬火油（礦物油中加入添加劑）如錦輝淬火油

3、溶融熱浴

1）熔鹽、2）溶融金屬

二、氣體

1、空氣

1）靜止空氣、2）壓縮空氣

2、還原性氣體（氫、氨分解氣）

3、中性氣體（氮）

4、惰性氣體（氬、氦等）

三、固體

1、流態牀

1）氣固態、2）氣液態、3）氣液固態

2、金屬板

水是冷卻能力較強的淬火介質。來源廣、價格低、成分穩定不易變質。缺點是在C曲線的“鼻子”區（500～600℃左右），水處於蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成“軟點”；而在馬氏體轉變温度區（300～100℃），水處於沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，致使工件變形甚至開裂。當水温升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質（如油、肥皂、泥漿等），均會顯著降低其冷卻能力。因此水適用於截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。

在水中加入適量的食鹽和鹼，使高温工件浸入該冷卻介質後，在蒸汽膜階段析出鹽和鹼的晶體並立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質在高温區的冷卻能力。其缺點是介質的腐蝕性大。一般情況下，鹽水的濃度為10%，苛性鈉水溶液的濃度為10%～15%。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用温度不應超過60℃，淬火後應及時清洗並進行防鏽處理。

冷卻介質一般採用礦物質油（礦物油）。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般採用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用温度相應提高。

新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三種。

高速淬火油是在高温區冷卻速度得到提高的淬火油。獲得高速淬火油的基本途徑有兩種，一種是選取不同類型和不同黏度的礦物油，以適當的配比相互混合，通過提高特性温度來提高高温區冷卻能力；另一種是在普通淬火油中加入添加劑，在油中形成粉灰狀浮游物。添加劑遊磺酸的鋇鹽、鈉鹽、鈣鹽以及磷酸鹽、硬脂酸鹽等。生產實踐表明，高速淬火油在過冷奧氏體不穩定區冷卻速度明顯高於普通淬火油，而在低温馬氏體轉變區冷速與普通淬火油相接近。這樣既可得到較高的淬透性和淬硬性，又大大減少了變形，適用於形狀複雜的合金鋼工件的淬火。

光亮淬火油能使工件在淬火後保持光亮表面。在礦物油中加入不同性質的高分子添加物，可獲得不同冷卻速度的光亮淬火油。這些添加物的主要成分是光亮劑，其作用是將不溶解於油的老化產物懸浮起來，防止在工件上積聚和沉澱。另外，光亮淬火油添加劑中還含有抗氧化劑、表面活性劑和催冷劑等。

真空淬火油是用於真空熱處理淬火的冷卻介質。真空淬火油必須具備低的飽和蒸汽壓，較高而穩定的冷卻能力以及良好的光亮性和熱穩定性，否則會影響真空熱處理的效果。

鹽浴和鹼浴淬火介質一般用在分級淬火和等温淬火中。

有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用質量分數為0.1%～0.3%之間的水溶液，共冷卻能力介於水和油之間。當工件淬入該溶液時，工件表面形成一層蒸汽膜和一層凝膠薄膜，兩層膜使加熱工件冷卻。進入沸騰階段後，薄膜破裂，工件冷卻加快，當達到低温時，聚乙烯醇凝膠膜復又形成，工件冷卻速度又下降，所以這種溶液在高、低温區冷卻能力低，在中温區冷卻能力高，有良好的冷卻特性。

三硝水溶液由25%硝酸鈉+20%亞硝酸鈉+20%硝酸鉀+35%水組成。在高温（650～500℃）時由於鹽晶體析出，破還蒸汽膜形成，冷卻能力接近於水。在低温（300～200℃）時由於濃度極高，流動性差，冷卻能力接近於油，故其可代替水－油雙介質淬火。

1、淬火劑產品描述

是由一種液態的有機聚合物和腐蝕抑制劑組成的水溶性溶液。有機聚合物完全溶於水，形成清亮、均質的溶液。但當温度超過 74℃（165℉）時，聚合物便會從水中析出分離，形成一層不溶解的相。該產品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。

當用淬火劑的稀釋溶液冷卻熱的金屬時，液體有機聚合物會在金屬表面沉積，形成一層薄膜。可以通過調節薄膜的厚度部分地控制金屬的冷卻程度。薄膜的厚度則是通過調節淬火浴中淬火劑的濃度來完成。也可通過調節淬火液的温度或攪拌程度來控制冷卻。 淬火劑跟其他的水溶性聚合物淬火液（劑）的主要區別在於：控制熱轉換的多聚物成分不同。如美國有UCON A，煙台海益等,其多聚物成分為聚醚（PAG）。

2．淬火劑特性和優點

◆ 淬火劑水溶液在常温下均勻透明溶液，當温度升高時，淬火劑溶解度反而會下降，溶液就從透明變為混濁，到達74°C時聚合物的線型大分子就會從水中析出，並與水完全分離。（這叫做逆溶性，74°C就是逆熔點）。

◆ 通過調整其水溶液的濃度，可在很大範圍內調整其冷卻能力，可以得到介於水油之間，以及相當於油或者更慢的冷卻速度，也可以和Quench PA配比使用來調節冷卻曲線。

◆ 淬火劑需要最少量的添加處理，因為它們和普通的聚乙烯醇和溶解油相比，不易變質和被氧化。主要的添加工作就是補充蒸發損失掉的水。

◆淬火劑和普通的油性淬火油（劑）相比，能除去煙塵、煤灰和殘雜物。使設備維護和工廠清潔工作變得輕鬆簡單。

◆淬火劑在0℃（32℉）以下會凍住，使用前需要在室温下解凍並混合，產品功能不會受到影響。

◆水性淬火劑對黑色金屬及有色金屬均無腐蝕，淬火工件光亮且有短期防鏽作用。

◆推薦最佳溶液温度 20~50℃，應不高於60℃。

3． 典型性質數據

指標 結果

20℃時每加侖的重量 （磅） 8.94

比重（20℃） 1.074

傾點 -11℃（-12℉）

粘度37.8℃（100℉），SUS 1120～1375

防鏽作用 ATMS D665A 通過

閃點 無

4．應用――在世界上聚合物是應用最廣的一種有機淬火液，可用於各種汽車工件以及航空工業的鋁合金和鈦合金，合金鋼鍛模的淬火，大轉矩柴油機曲軸感應加熱淬火等。淬火劑主要應用於以下淬火範圍：

◆適用於典型的用油淬火的高碳鋼和高合金鋼；用20-30%的濃度，可適用於鋼件的整體和表面淬火。

◆適用於感應淬火和火焰淬火，適合噴射淬火和浸淬，可應用於幾何外型複雜的高合金部件（包括：球墨鑄鐵、韌性鑄鐵等）。

◆用於在傾爐、車底式爐和坑式爐中加工的大型合金部件，感應加熱成形的部件或合金。

◆用於在使用燃氣、天然氣和碳氮共滲氣的熔爐中需要油淬火的加工部件（間歇式和連續式操作）。

◆適用於旋轉或持續型混合器的氧化熔爐、天然氣熔爐和保護氣熔爐。它們能應用在部件鑄造後的直接淬火；鑄件的連續淬火以及鑄鋼、鍛鋼、鑄鐵的一般淬火。

◆大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的淬火（連續式滲碳生產線或箱式多用爐）

◆淬火劑是一種高分子聚合物水溶性淬火劑，選用國外優質原料精製而成，具有獨特的逆溶性，（一般稱之為濁點效應）安全，環保，使用壽命長，使用成本低，國際油價越來越高，國家對環境保護愈來愈嚴的大氣候下，逐漸成為熱處理行業的首選淬火介質。

◆安全環保淬火劑完全不燃燒，無火災危險，無毒，無油煙，使工作環境大大改善，滿足環保部門對企業的環保要求。

5．淬火劑冷卻曲線特性曲線,30度

淬火過程曲線圖表1和圖表2顯示了Wonder Quench PE在實驗室測試時的冷卻率，實驗使用一個不鏽鋼的測試圓柱體（長是直徑的4倍），在它的幾何中心安置有電熱偶。

圖表1用Wonder Quench PEE和傳統的淬火油做了比較。圖表2顯示了流體流動（循環）對濃度和浴温都確定的Wonder Quench PE的影響。這些曲線僅對一般的比較有效。

6.使用範圍和侷限

淬火劑主要用於各類碳素鋼,低合金結構鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼製工件做增體浸淬和感應加熱淬火．

淬火劑不使用與有二次硬化特性的鋼件（如冷熱模具鋼和高速鋼）．

淬火劑一般不適於淬經過鹽浴爐加熱後的工件．

從事熱處理生產的人應當維護好所用的淬火介質。一般的管理工作包括：防止介質受污染、保證冷卻系統能正常工作、按要求控制好液温、水性介質要經常檢測和控制其濃度，以及定期檢測淬火介質的冷卻特性等，應當注意以下幾件事： ^[1] 

1、在新倒入淬火介質前，特別是在舊的淬火槽中做整槽更換時，一定要把淬火槽和冷卻系統認真清洗乾淨。一些單位圖省事，在淬火油做整槽更換時，只把原來的舊油大致放幹，便將新油倒入槽中。原來沉在槽底的油污、槽壁上的碳黑油泥，以及殘留在冷卻系統中的油污，都一齊混進新油中。其結果，一槽新油就給污染了。淬火出來的工件污跡斑斑，清洗十分困難。

2、如果發現淬火油變得容易着火，要趕快找出原因並加以解決。原因之一是油中進了水，尤其是用熱油的場合。原因之二是在油温測量或顯示上出了故障，實際油温遠高於顯示的油温。此外，油中混入了低閃點、易揮發的油液，也容易着火。

3、防止加熱爐內的炭黑污染淬火油。滲碳與碳氮共滲爐內難免產生碳黑。這些碳黑進入淬火油中，會對油造成污染。少量碳黑逐漸積累，首先損害的是淬火工件的光亮性，隨後影響油的冷卻特性。碳黑粒子非常小，又多懸浮在油中，一般不可能用過濾和沉降的辦法加以分離。定期燒掉加熱爐內結存的碳黑，是現行的最好解決辦法。

4、對使用中介質變質和整槽更換問題的看法。水性和油性介質都有一定的壽命。到時候都應當做整槽更換。

影響油性介質壽命長短的主要因素是油的使用温度高低、淬火工件的總表面積大小、油的品質好壞和外來污染等情況。油的使用温度（應當包括油的平均温度和工件淬入後的温升程度）越低，油的使用壽命越長；淬火工件的總表面積越大，油的壽命越短。用於小型工件的淬火油，壽命很短，因為所處理工件單位重量的總表面積非常之大；而處理大型工件用的淬火油，由於所處理工件單位重量的總表面積相當小，加上淬火次數少，使用壽命就非常長。油品的質量，包括所用基礎油和添加劑的品質。同樣的使用條件，品質差的油只能用幾個月，而品質好的常常可以用好幾年。此外，外來污染，尤其是水的進入和碳黑的積累，對油的使用壽命也有很大的影響。

水性淬火介質的壽命長短，最主要的影響是介質的種類。比如，聚乙烯醇類的淬火介質，一般壽命不超過幾個月；而PAG類的介質，一般多可以使用幾年。外來污染對水性介質的壽命長短影響也很大。因此，水性介質的維護管理比油性介質更應受到重視，也更費事。PAG淬火液可以通過去污處理而延長其整槽更換時間。

不管是水性還是油性介質，使用中都會逐漸變質，同時也都會受到污染。變質產物和外來污染物逐漸積累，都會影響到介質的使用性能。使用到一定時間後，都應當做整槽更換。據知，除只用於大型工件淬火的油外，大量處理一般中小型基礎件的場合，國內外淬火油的使用壽命一般不超過三、五年。如果不做去污處理，就是PAG淬火介質的整槽更換時間一般都比三、五年要短。到了應當整槽更換的時候就做整槽更換，往往能保證熱處理質量、提高生產效率、簡化管理並減少介質消耗量，從而能降低生產成本。

標準編號 　標準名稱

JB/T 6955-2008 熱處理常用淬火介質技術要求

GB/T12579-90 　潤滑油泡沫特性測定法

GB/T1995-1998 　石油產品粘度指數計算法

GB/T260-77 　石油產品水分測定法

GB/T264-77 　石油產品酸值測定法

GB/T265-88 　石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法

GB/T267-77 　石油產品閃點和燃點測定法

GB/T268-87 　石油產品殘碳測定法(康氏法)

GB/T3536-83 　石油產品閃點和燃點測定法（克利夫蘭開口杯法）

GB/T3555-83 　 　石油產品賽波特顏色測定法（賽波特比色計法）

GB5096-85 　石油產品銅片腐蝕試驗法

ISO9950：1995 　 Industrial quenching oils-Determination of cooling characteristics-Nickel-alloy probe test method

JB/T4392-2011　有機物水溶性淬火介質性能測定方法

JB/T4393-2011　聚乙烯醇合成淬火劑

JB/T7951-2004　淬火介質冷卻性能試驗方法

SH/T0219-92 　熱處理油熱氧化安定性測定法

SH/T0220-92 　熱處理油冷卻性能測定法

SH/T0293-92 　真空油脂飽和蒸氣壓測定法