淬火液

淬火液是由聚醚類高分子材料添加多種表面活性劑製成，由於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。

PAG淬火液是一種高分子聚合物水溶性淬火液，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，現在國際油價越來越高，國家對環境保護愈來愈嚴的大氣候下，成為熱處理行業的首選淬火介質。

淬火液即液態淬火介質，是國內外廣泛應用的冷卻介質。按基本組成可分為水基型和油基型。

最早採用的油是動植物油，其冷卻能力較水弱，但仍具有足夠的冷卻能力，且油温度升高時對淬火能力影響不大，是較為理想的淬火介質。由於價格及原料來源的限制，工業上多采用礦物油，如0^#柴油，10^#、20^# 、30^#機械油等。礦物油隨黏度、閃點不同其冷卻能力不同，使用温度也不同。由於其冷卻速度較緩慢，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，使用有一定的侷限性。為改善油的冷卻能力，可採用適當提高油温（通常在80℃以下的範圍內調節）、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形成蒸汽泡的質點，使穩定蒸汽膜不易形成，提高了高温區的冷卻能力，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，可以使工件淬火後表砥迅速被油膜包覆浸潤而不致在表面沉積炭黑，從而使工件淬火後表面光亮潔淨，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，並有利於淬火後礦物油的清洗。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，金屬製品淬火後用水沖洗即可除掉礦物油。 ^[1] 

水是最經濟的淬火介質。其化學穩定性很高，熱容量較大。但純水在高温區的冷卻能力並不強，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原因。常用的水基淬火液有鹽水、鹼水、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，以後又發展為聚亞烷基乙二醇（PAG）、聚氧乙烯乙二醇（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年代末期又研製出適用於貝氏體淬火的非馬氏體淬火液——鹼性聚丙烯酸酯（ACR）。其特點是黏度較高，適用於等温淬火、鍛件熱鍛淬火、高速鋼及馬氏體不鏽鋼的淬火。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。高分子聚合物水溶液已成為淬火介質的主要發展方向。上述高分子聚合物都含有強極性基團，又有疏水部分，因此具有高分子表面活性劑的特性。它們在淬火液中主要作為基礎增稠劑。

由環氧乙烷、環氧丙烷開環聚合製得的聚醚具有逆溶性，這一性質使它在水基金屬加工液（如切削液、磨製液、淬火液）中發揮優良的潤滑作用。當聚醚溶液被帶人切削區域，遇到熱的金屬表面時，液體温度很快升到高於聚醚的濁點。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，當温度高於濁點時，5%的聚醚溶液與該聚醚的濃縮液具有相同的潤滑性能。在常温下，聚醚易溶於水，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。製備“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%，至少佔10%。也可以只用環氧乙烷一種單體。其他單體是含C_3～4的低級環氧化物，如環氧丙烷、四氫呋喃及環氧丁烷的2種異構體等。“傳統聚醚”的相對分子質量多為2萬左右，屬於中高相對分子質量範疇。它的製備多采用“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，然後用這種聚合物作起始劑與單體繼續聚合製得較高相對分子質量的聚醚。重複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嵌段共聚物都可以稱作“傳統聚醚”。 ^[1] 

礦物油型淬火油，主要用於鋼鐵材料。選用時考慮兩個方面：一是要求淬硬後硬度值的高低，要求硬度越高，選用淬火油的冷速越快；二是工件材質及形狀，含碳低的鋼材難淬硬，應選用冷速快的淬火油，含碳量高的鋼材易淬硬，淬火油的冷速可慢些。下表是一些選用例子。

與礦物油型淬火油相比，水基淬火液有很多優點，如安全，不燃燒；環境好，車間無油氣；冷卻速度快，不但可作鋼鐵淬火，還可作銅、鋁等有色金屬淬火；冷卻速度可通過濃度變化而調節，不需變換淬火油品種；淬火後工件可用水存油污。 ^[2] 

1．礦物油型淬火油

礦物油型淬火油使用時，一要加強通風，降低油氣濃度，避免着火和改善環境；二要加強過濾和定期清理油槽，淬火中工件的氧化皮脱落及油泥會使淬火油污染，從而影響淬火效果，縮短油的使用壽命，應有濾清器及時把污染物清除，每半年到一年清理油槽一次；三要控制油温，油温高會加劇油的氧化，縮短油的使用壽命，應有有效的冷卻措施；四要約3～6個月取油樣分析一次，若超過下表中任一項指標均應換油。

由於換一次油費用較大，為了節省成本，若上述指標未達到，但淬火效果下降，可與油供應商聯繫，補加某些功能添加劑，可使冷卻速度回覆正常，延長換油期。

2．水基淬火液

水基淬火液在使用中尤其要注意以下事項：

①淬火液温度，礦物油基淬火液温度高低對冷卻速度影響不明顯，但水基淬火液温度對冷卻速度很敏感，一般浸入淬火的水温為25～45℃，噴淋淬火為25～35℃，不高於50℃，並且保持在5℃內，因而應有嚴格控制水温措施。淬火液工作温度若超過60℃，應停止工作，降温到40℃以下再繼續淬火。

②淬火液池應有一定的攪拌。攪拌程度也對冷卻速度有明顯影響，因而應保持較恆定的攪拌速度。

③水基淬火液濃度、温度及攪拌程度是影響冷速的三大因素。在淬火中由於水的蒸發，淬火液的濃度也在變化，變化大時會影響淬火效果，應及時調節。因而要有相應的設備如液槽的冷卻、攪拌等，把這三大因素控制在儘量窄的範圍內。 ^[2] 

PAG淬火劑是以PAG聚合物為主，加上其他提供輔助性能的添加劑而製成的。在工件淬火過程中，工件周圍的液温一旦升到溶液的濁點以上，PAG聚合物就從溶液中脱溶出來，以細小液珠形式懸浮在淬火液中。懸浮的PAG液珠一接觸到紅熱工件，就靠其非常好的潤濕性黏附到工件表面上，形成的包膜把工件包裹起來。PAG淬火介質就是靠這種包膜來調節水的冷卻速度，避免工件發生淬火開裂的。工件冷卻下來後，黏附在工件上的聚合物又會回溶到淬火液中。 ^[3] 

主要技術指標

用符合國際標準ISO/DIS9950的IVF冷卻特性儀測得不同濃度PAG淬火液與水，K1油，G1油，32#機油的冷卻速度值對比表：

本淬火劑主要用於各類碳素鋼,低合金結構鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、軸承鋼製工件做整體浸淬和感應加熱淬火，適用於開口式淬火槽、連續爐、淬火槽外設的多用爐及感應淬火爐等。

在成批工件淬火時，同批工件之間應保持足夠的距離，或以分散撒入方式進入淬火液中。 ^[3] 

本淬火劑不適用於有二次硬化特性的鋼件（如冷熱模具鋼和高速鋼）。

本淬火劑一般不適用於淬經過鹽浴爐加熱後的工件。

1、在配PAG淬火液之前，應將淬火槽和循環冷卻系統徹底清洗干將，如果原系統用過油，須用工業清洗劑做清洗。

2、配置PAG淬火液時，先注入普通自來水至正常液麪的50%，再加入所需海益PAG淬火劑原液，同時攪拌循環，再加自來水至正常液麪。

3、PAG淬火劑含有防鏽劑，對淬火槽及工件有短期的防鏽作用，使用中，硬水中的陰陽離子會消耗一部分淬火劑中的防鏽劑，一般在補加了新液就會補充防鏽劑的濃度。

4、PAG淬火液的濃度測量很簡單，只需用手持式糖度折光儀測試即可。

5、在使用PAG淬火液的過程中，應酌情定期取樣測量並控制好它的濃度，以使淬火工件達到最佳。

6、PAG淬火液的温度和冷卻性能有一定的關係，允許使用的温度為0℃～60℃，推薦使用的最佳温度為20℃～40℃。工件在淬火液中攪動或者使淬火液循環流動都可以增大工件和淬火液之間的流速，從而增大工件的淬火冷卻速度。為使工件表面形成的聚合物包膜基本不被沖刷掉，攪動和循環產身的相對流速不宜過大，最好不要超過0.6m/s。

7、增加PAG淬火液的濃度，便可降低其淬火冷卻速度；反之，加入自來水降低其淬火液的濃度，便可提高淬火冷卻速度。將淬火液加熱或在生產中停止冷卻循環以升高淬火液的温度，便可降低淬火冷卻速度；相反，降低液温，則可提高淬火液冷卻速度。在淬火液濃度偏低時適當提高液温以防止淬裂；濃度偏高是加快工件的擺動以保證淬硬。在天冷液温升不高時可採用較高一點的濃度，以便得到穩定的淬火冷卻效果。

1、PAG淬火液的使用壽命很長，無需更換，但在使用過程中要注意適當攪拌或循環，通常採用泵或螺旋槳進行。用泵時流速應低於每秒1米，螺旋槳攪拌轉速以每分鐘100～400轉為宜。

2、長時間不使用PAG淬火液應經常攪拌一下以防止黴菌產生，並可使已生成的少量黴菌見光後死去。在使用海益PAG淬火液的過程中，定期使用專門的淬火液防腐劑。

3、PAG淬火液在使用過程中會受到污染，主要是工件的氧化皮、灰塵、油類等。氧化皮及其他不溶且比重大於水的污染物通常沉降淬火槽底部，一般不影響淬火液的濃度測量，也不影響其冷卻特性，只要定期過濾即可。油類污染浮在表面上不影響淬火液的冷卻特性，但可能會妨礙操作和濃度的測量，只要把油污除掉便可。油污會引起淬火液發黑或者發臭，但不會影響淬火液的使用效果。

4、PAG淬火劑一般不會因寒冷而凍結，冬季在室外長時間停放後使用，應將桶多次來回滾動以保證混合均勻。出廠後的淬火劑應在兩年期限內使用，超期未使用，待複驗合格後方可使用。 ^[3] 

1、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。

2、通過控制淬火液的濃度，可以得到近於水到油之間的冷卻速度，以滿足不同材料和工件的淬火要求。

3、操作成本大大降低，通常工件的PAG淬火液成本僅相當於淬火油價格的20%左右。

4、由於PAG淬火劑比熱溶與水比熱溶相近，可以提高車間的生產量，進而使企業效益比原來得到提高。

5、淬硬層深，淬火硬度均勻無軟點，大幅減少淬火變形和開裂的傾向，對低、中碳鋼以及大件淬火尤其適用。

6、對工件無腐蝕，且有短期防鏽作用，使用壽命長，不易老化變質，淬火後的工件可不清洗直接回火。

7、PAG淬火劑的濃度測試易測易控，維護和保存特別簡單。

8、PAG淬火劑在使用中，帶出量少，使用成本低，綜合經濟性好。 ^[4]