淬火介质技术讲座.pdf

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1、 4 卜 砰 z 技术讲窿 淬火介质技术讲座 瘤 第一讲 热处理油及相关标 准 飞 癌 天 津 市 热 处 理 研 究 所(3 o o 2 1o)丝 气 杏 戏 1 对 选 出 i l h的“i 口 油 和 幛 谈 毒 j 卒 油 鞋 围 日 前 百 T堆 产 辑 忡 j 孱 睁 当人们开始炼钢和从事热处理工程时，首先是 用水做淬火介质的，但发现用水对合金钢淬火冷却 速度太 陕，于是就采用油做为淬火介质。最早使用 的是动植物油，它们的代表是菜籽油和抹香鲸油，这些油很适于台金钢的淬火，它们的粘度和闪点是 适 宜的。在 5 0 时运 动粘 度为 3 0 4 0 n 2 8；闪 点 为 2 0 02

2、 6 0。动植物油使用寿命短，即粘度增加 快，冷却能力变化快，工件表面外观很快变坏。另 外，在盐浴淬火时，动植物油容易形成碱金属皂，它不仅容易出现软点，而且还缩短油的寿命。淬火介质发展的最重要一步是石油产品的开发 和研究，即以矿物油为基的淬火油。上面提及的动 植物油的缺点，矿物油极少 出现。以石油为基的淬 火油有很好的耐老化性能，气味也小得多，盐浴淬 火的稳定性好，而且有更高的闪点，因此还可用于 热浴淬火。目前使用的淬火油几乎全部是石油制品。2 热处理 油分 类 我国虽然是国际标准组织成员国，但 目前我国 仍采用中华人民共和国石油化工行业标准热处理油(S H 0 5 6 4-9 3)来规范热处

3、理油的分类及其技术要 求。我国将等效采用国际标准组织淬火介质分类标 准 I S O 6 7 4 3 一l 4；1 9 9 4。国家标准为：“中华人 民 共和国国家标准润滑剂和有关产 品(L类)的分类 第 X 部分：u组(热处理)”该标准草案 已于 1 9 9 7 年 1 1 月在宁波讨 论通过，但 尚未正式发布，至于 是第几部分将在发布时确定。因此，在这里我们只 介绍行业标准 S H 0 5 6 4-9 3。热处理油的分类及用途 见表 1。该标准参照采用 日本J I S K2 2 4 2 8 0 热处理 油。其中玲淬火油的使用温度一般为 6 0 8 0。过 高或过低的温度，都导致冷却性能的下降

4、。3 热处理 油的技术 要 求 按照 S H 0 5 6 4-9 3的规定，热处理油的技术要 求如表 2所示，这是一个 比较宽松 的规定，可认为 是油品的下限，各生产厂家的油品都应高于此 限，根据作者的经验，其中最具挑战性 的是 超速 淬火 机械I凡(热挪 I)2 0 0 0年第 i 期 高达 6 5 0 ：，8 0 03 0 0 ：冷却秒小于 5 0 s的超速淬 火油和快速光亮淬火油。扩大了油淬钢的范围。油 淬 小 中 尺 寸 的 碳 钢 可 消 除 开 裂的 危 险，减 少 畸 变。)J 衰l热 处 理 油 的 分 类殛 用 途(S H 0 5 6 4 9 3)弋 瓯 名称 用途 普通 淬

5、t油 用于小尺寸及淬透性好 的材料 快建 淬|油 用于中 大型材料薄火 超建淬火油 用于大型及淬透性差的材料淬火 快速光亮淬火i 曲 用于中 蛩盈淬透性 差 的材 料在 可控气氛下淬火 1 号真空淬火i 曲 用于中塑材斟在真空状态下淬 2号真空淬火油 用于淬透 性好的 材瓣在真 空状 态下淬火 1 号等温(分级)淬 火油 用于 1 2 0 左右热 油淬l 2号等温(分级1淬 火油 用于 1 6 0 左右热 油淬l 1号阿火i 曲 用于 1 5 0 左右回火 2号回f油 用于 2 O O 左右回火 4 专业术语(1)粘度我国现已采用国际上通用的油在 柏 时的运动粘度，单 位 为 r s。粘度是

6、热处理 油的一 个重要指标，其变化反映了热处理油的老化：国内淬 火油的粘度 范围对冷油 来说 大致 是 2 0柏 s (柏)；对热油来说大致是l O 3 5 m s(1 0 0 C)。(2)闪点和燃点在标准条件下加热油品，油 品的蒸气与空气的混合物和明火接触时，开始闪火 并立即熄灭的温度称为闪点。我国现行使用的是开 口闪点，而闭口闪点一般 比开 口闪点低 1 O 柏：闪点是热处理油的一项安全指标。由于热处理油直 接与赤热的工件接触，与空气接触(非保护气氛淬 火)，所以我国目前热处理油的最高使用温度应 比 闪点至少低 8 0，这一点是与 日本现行标准一致 的。燃 点一般 比闪点高 2 0 3 0

7、。(3)水分热处 理用油 的基础 油在 炼制过 程 中 含水量很低，只有几个到十几个 p p m(p p m为百万 分之一)。热处理油 中的水分可能来 自空气、油调 制时混、油槽漏水等许多方面。除快速光亮淬火 油和真空淬火油要求无水外，其他热处理油要求水 分是痕迹，即在 0 0 3 以下。(4)残炭油品 的残 炭是油在不 通空 气的 维普资讯 http:/ 技术讲壅 裹 2 热处理油技术要求(S H 0 5 6 4-9 3)=：=丹类及牌 号 冷痒虫油 热痒火油 回油 项、昔 通 快建 超 建 快速光亮 1 号 真空 2 号真空 1 号等 显、2 号等 量、1 号目 2 号回 试验方法 谇 时

8、 谇时 薄 袖 肄生时 谇 时 谇时 分擐谇油 分舞谇抽 盘油 时 4 0)不大于 3 0 2 6 l 7 3 8 9 0 运动粘廑(mm s )G B，T2 5 6 1 0 o )不太于 2 0 3 5 3 0 5 0 闲点(开口】c c 不低于 1 舯 1 6 0 l 舯 2 1 o 2 5 o 2 加 2 加 G B，r 3 5 3 6 燃点 不低 于 1 9 0 】8 0 1 9 0 2 3 O 2 2 0 2 8 0 3 l o G B T 3 5 3 6 本分()不大 于 痕迹 痕迹 痕迹 无 无 无 痕迹 痕迹 痕迹 瘕违 G B T 2 6 0 倾点*c 不高于 一9 5 G

9、B T 3 5 3 5 腐蚀(铜片 1 0 o*c，3 h)级 不太于 J 】1 G B T 5 0 9 6 光亮性 级 不大于 2 2 2 2 附录 A 饱和蒸气压 2 o )k P a 不高于 I 7 x m一 6 I 7 x 1 O S H 门。0 2 9 3 热氧化 帖度比0 不大于 l 5 1 5 1 5 1 5 1 5 】4 S T 0 2 1 9 安定性 残炭增加值()不 大于 1 5 15 1 5 1 5 j 5 特性温度(8 0 时)*C 不低于 6 5 8 5 8 0 04 0 0 C时间(8 0 时)8 不太于 5 O 4 0 4 5 冷 8 0 03 0 0 C时同(8

10、 0 时)s 不大于 6 0 s H T 0 2 2 0 扣 性 特性 温度(1 2 0 C 时)*C 不低于 5 8 0 04 0 0 C时间(1 0*C 时)s 不太于 5 O 能 特性 温度(1 6 0 C 时)*C 不低于 6 8 6 0 4 0 0 C 时 间(1 6 0 C时)s 不大于 6 0 注 冷淬火油测定楹度为4 0 C 热淬火油和回火油测定温度为 J 0 0*C。条件下，加热使其蒸发、分解和焦化，排出燃烧的介质 的冷却 能力，该方法参 照采用 日本工业标 准 气体后，所残存的焦黑色炭渣残 留物，用质量百分J I s K 一 4 2 8 0。该方法采用 1 0 m m 3

11、0 ra m银棒探头 数表示。形成残炭的主要物质是油品中的沥青质、测定其在油中的冷却曲线，典型的油冷却曲线见下图。胶质和多环芳烃和油中不稳定的化台物。含硫、氧曲线的第一个阶段为蒸气膜阶段，第二个阶段为沸腾 和氮化合物较多时残炭就高，因此油的残炭大小可 说明油品的精制深度，同时也可以说明抽品在热氧 化条件下的生胶、结焦的程度。一般地说，在热处 理油中加入的添加剂越多，则残炭就越高。淬火油 的残炭 一般控 制在 O 1 一 O 7 。(5)热氧化安定性我 国目前采用石化行业标 准 S H T 0 2 1 9热处理油热氧化安定性测定法，该标 准参照采用 日本工业标准 J I s K 一2 2 4 2

12、 8 0。该方法 要点是：在 3 0 0 m 的油样 中，放人铜丝和铁丝做为 触媒，向试样 中通干燥 的空气 1 0 L h，在 1 6 5 温 度下连续氧化 2 4 h后，测定试样在氧化前后的运动 牯度和残炭，用粘度比和残炭增加值判断热处理油 的氧化程度。它们 的定义如下：粘度比：氧化后的粘度 氧化前的粘度 残炭增加值=氧化后残炭一氧化前残炭 一般说来，热处理油的粘度比和残炭增加值控 制在 1 5以下。(6)冷却性能 特性温度和特性温度秒我国目前采用石化行 业标准 S H T 一 0 2 2 0 热处理油冷却性能测定法，测定淬火 42 阶段，第三个阶 段为对流阶段。第一 阶段和 第 二阶段

13、的交 点 称为拐点，拐点 的温度 为特性 温度，到达特性 温度的 时间为 特性温度秒，简 称特温秒 淬火油挣却曲线示意图 8 0 0 4 0 0 C 冷却时间秒它代表淬火油高温 区域 8 0 0 4 0 0 的平均冷却速度，即：平均速度 ：4 0 0 C 冷却时间秽 我国普通淬火油 8 0 0 4 0 0 的平均速度应大于 8 0 s+快 速淬火 油应大 于 1 0 0 s。8 0 0 3 0 0 冷却时间秒它代表 了淬火油在 低温区(4 0 0 以下)的冷却能力。一般说来，淬 火抽大致 从 3 5 0 进入对流阶段，也就是说 3 0 0 以后的冷却就非常缓慢 了，这也正是油淬的优点。(待 续

14、)(1 9 9 9 1 1 2 3)巍槭I(热趣I)2 0 0 0年幕 i 璐 维普资讯 http:/ 4 卜4 2 淬火介质技术讲座 第二讲 淬火油的检测与评价 天 津 市 热 处 理 研 究 所(3 0 0 2 1 0)丛 1 淬火油的检测项 目 在这里我们讲的淬火油的检测与评价是指淬火 油使用者在淬火过程中对淬火油的检测和评价。在 S H 0 5 6 4中规定 的检测项 目是淬火油生产者 出厂前 检测的项目，而淬火油使用者在淬火过程中只检测 主要项目：运动粘度、闲点、水分、光亮性和冷却 性能。(1)理化性 能 的检测 理化性 能是指运 动粘 度、闲点和水分，对它们的检测可委托石油部门去

15、做。其中的水分也可用下列简单 的方法检测。按照 S H 0 5 6 4 规定，在淬火油中的水分不大于 痕迹，即不大于 b 0 3。取少量油放人试管或烧 杯内加热，如听到爆裂声，则可按表 1 判定含水 量。也就是说，当油品在 1 0 o c 时外观浑浊，叉可 听 到 爆 裂声，则 油 品 的含 水 量 已超 过 规 定 的 0 0 3 值，应引起注意。也可用另一种 方法检 测。在 3 5 0 m L的烧 杯 内 加入 2 0 0 m L 油品，放在电炉上加热，观察烧杯底 部是否有气泡上升，加热到 1 0 0 o c 以上时是否有爆 裂声，如无气泡且无爆裂声，则可认为油中无水。裹 1 含水的判定(

16、2)关于光亮性在淬火过程中，使用者不必按 照 S H O 5 6 4 标准检测，只需观察工件表面状态即可判 定光亮性是否合格(当然在气氛正常的条件下)。(3)关于冷却性能冷却性能是淬火油最重要 的性能，目 前我国有三个并列的标准方法检测淬火 油的冷却性能，它们是石化行业标准 S H T O 2 2 O，机械行业标准 J B T 7 9 5 1 和国际标准 D 9 9 5 O。按 照 S H呖6 4的规定，应采用 S H T 2 2 0 检测淬火油 的冷却性能。由于我国是 IS O 成员国，所以有些单 位也用 I S O 9 9 5 0检测，J B T 7 9 5 1反而用得 不多。下面我们将较

17、详细地介绍冷却性能的检测和评价。2 冷却性能的检测和评价 钒械I凡t 热拥I 2 O O 0 年杀 2期(1)S H T 0 2 2 0测定方法上面提及的三个测 I J 定方 法 有一 个共同 点，即 它们 都是 热电 偶探头 法，一 r 1 4+5 国内的超速淬火油可用于较小尺寸的碳钢或低 合金钢的淬火，比碱浴或双液淬火要好。另外用快 速淬火油或超速淬火油代替柴油淬火效果很好。闲 点只有 6 5 的柴油 在夏季 4 O 高温 的热处理车 间 淬火时很 容易 着火 截面尺寸小的工件淬火时，应选用高温区冷却 快的油(特性温度高，特温秒少)，低温区冷却速度慢 些无妨 截面尺寸太的工件淬火时，应选用

18、低 温区 冷却快的油，即 8 0 0 3 0 0 C 冷却时间短的油，而特性 温度稍低些无妨。有些厂例如北京丰台桥梁厂、廊 坊前锋机械厂等由于工件的特殊性，特性 温度高达 6 5 O，8 0 0 3 0 0 C 冷却秒小于 5 s 选择冷却稍快些 的淬火油 比较好，这样可保证 工件淬火质量，又不会引起畸变超差。过快 的冷速 可能 引起 畸变 甚至开裂。2 淬火油 的管理(1)水含量水的混入可造成操作事故，如油的 突沸甚至引起火灾，影响工件淬火质量如畸变甚至 开裂，还可能出现软点。油中水通常以三种形式存 机 械1 人I 熟抽I)2 0 0 0年第 3 期 维普资讯 http:/ 技术讲窿 在：悬

19、浮在油中、沉积在油底部、形成油包水型乳化 液，当水和油乳化时需要破乳后脱水再用。当使用 有添加剂(尤其含有乳化剂)的淬火油 时，比使用 单 纯 的油更 易 乳化，所 以更 应严 格 控 制水 的混入。超 量 的水还会 引起 光亮 性下降 生产实践中，通常认为沉积的水对淬火油的冷 却能力影响不大或没有影响，许多工厂在淬火槽 内 进行水淬油冷就是基于上述考虑。实际上，当淬火 油中没有添加剂时情况好些，但 当有添加剂(尤其是 乳化剂)时情况就比较严重，易乳化 另外沉积水势 必对悬浮水有影响，因此最好不要在淬火油槽 内水 淬油冷，应在专用槽 内进行。悬浮水即使含量 很小，例如 0 1 就会影响油 的冷

20、却能力以致引起淬裂或出现软点。在可控气氛 中淬火时，水蒸气可污染炉 内气氛，水引起泡沫，易 于突沸。最危险的是由于水蒸气的快速形成而引起 爆炸，尤其周期式大批量淬火时更是如此。一般地 说光亮淬火油的水分不大于 1 3 0 p p m(p p m为百万分 之一)，一般的淬火油应不大于 3 0 0 p p m。(2)温度按照 日本现行惯例，淬火油最高使用 温度加上 8 0 应低 于闪点。过高的使用温度不仅 不安全(易于引起火灾)，而且冷却能力会下降，还会 加速油的老化。一般说来，油温每增 加 1 0，油 的 氧化速度增加一倍。油 的冷却能力随油温升高而提高，但超过某一 温度(一般为 8 0)后，其

21、冷却能力反而下降。采用 1 0 0 以上的油温来提高冷却能力的作法是不妥的。提 高冷却能力应该采用快速淬火油或超速淬火油。若想 用提高油温来减少畸变，则应采用分级淬火油，不宜用 冷淬火油加热到 1 0 0 1 4 0 淬火，这是危险的。(3)淬火油的老化 淬火油在长期的使用中要 劣化变质。酸值、残碳、比重、粘度、色相，光亮性能 和冷却性能都会发生变化。劣化的原因是：油与赤热的钢材表面接触而热分解，并引起 聚合。加热了的油与空气接触引起氧化、脱水、分解 及聚合。和锈皮或钢表面接触生成铁的皂化物等，起 到触媒作用，促进了油的氧化、脱水和聚合等反应 因油的加热，油中的轻馏分 的挥发。此现象 非常复杂

22、 可认为热分解和氧化聚合是主要的，不同 条件下两者的比例不同。例如热浴淬火油的油温在 机械I丸f 热船I)2 0 0 0年第 3期 1 2 01 6 0 ，氧化 聚合是 油老化 的 主要原 因，而在 光 亮淬火(或真空淬火)时，热分解是主要原因。还有一点要特别加 以说明 随着淬火油的老化，油的特 性温度下降，8 0 03 0 0 的冷却秒数减少，在 一段时间内，淬火油的总体冷却能力会提高，可能引 起较大的畸变甚至开裂。这是因为在油的氧化、脱 水、分解 及聚合 的过程 中，生 成一 些“活性 物质”，它 们的作用相当于低温区的催冷剂。(4)淬火油中的碳黑及氧化皮 在使用不加添 加剂的全损耗系统用

23、油做为淬火油时，这个问题并 不十分严重，而在使用添加剂的淬火油时 这一问题 就 比较严重。这是 因为碳黑 和氧化皮 可以吸附添加 剂，使添加剂减少以致使添加剂失去了作用。碳黑 有很 强的吸 附作 用，解 决碳 黑 和 氧化 皮过 多至 少有 两种方法。一是在空气炉中加入保 护气氛，使之不 产生氧化皮或减少氧化皮。调整渗碳炉中的气氛，使之不产生或少产生碳黑。尤其是不可为追求效率 而提 高碳势，造成 过 多的 碳黑 带人 油 中。另一 个方 法是经常对油进行过滤。当淬火油中的添加剂因氧 化皮或 碳黑的吸 附而失 效 时，可 以加入 能 改善 淬 火 油性能的复合剂而恢复淬火油的功能。(5)硫含量

24、国内外的淬火油都没有关于硫含量 的规定，这是因为淬火油的基础油硫含量非常低，不 会造成危害。不过有的淬火油添加石油磺酸盐，则硫 含量可能偏高。如添加 1 石油磺酸钠 硫含量可达 万分之几。特别应强调的是，工件清洗用的清洗剂含 硫量对渗碳炉也很重要。如清洗剂含硫量过高(原则 上清洗剂中不应该含硫)，则装具 上附着的硫化物在 炉内燃烧后，产生有害气体 s o 2 腐蚀炉体。(6)建立淬火油技术档案 为 了加强对淬火油 的 日常管理，建议建立淬火油管理档案，具体格式可 参照表 2。表 2 淬火油管理档案 油 品 炉 型 生产厂家 数量 检测 日期 运 动 牯度 闪 点 特性 温度 I 8 0 O 一

25、 4 O O 挣却秒 I 8 0 O 一 3 0 O 挣却秒 I 备 注 往：第一十植测 日期为新油，争袖 23月，热油 1 2月检褪 I。(特续)(1 9 9 9 1 1 2 3)43 维普资讯 http:/ 技术讲鏖 溽 馥 襄1 嚣l n l 四 挖 P 馋 l 按照 G B 7 2 3 2-8 7“金属热处理 工艺术语”冷 却类 3 1 7，淬火介质定义为：工件进行淬火冷却 所使用 的介质称为淬火冷却介质，常用的淬火介质 有水和水溶性盐类、碱类或有机物的水溶液，以及 油、熔盐、空气等。这一讲 主要讨论“水溶性盐 类、碱类或有机物的水溶液”，这段话 概括了水基 淬火介质的全部内容。热处理

26、手册)(第二版)第 一卷将水基淬火介质分类为无机物水溶液和有机聚 合物水溶液两大类。作者根据我国茸前使用的水基 淬火介质的现状，提出一个新的分类方法。这个分 类方法将有助于淬火介质生产厂家开发研制新型水 基淬火介质，有助于淬火介质使用厂家选用和管理 水基淬火介质。这个分类方法着重水基淬火介质的 实际组成，将水基淬火介质分为三类，它们是：(1)无机物的水溶液(无机淬火介质)。(2)无机物加少许有机物水溶液(无机加有机 淬火介质)。(3)有机物加少许无机物水溶液(有机淬火介质)。2 几个术语的说明 (1)淬火液和淬火剂 淬火液通常指的是服役 的水基淬火介质。例如 1 0 N a C 1 水溶液就称

27、为淬 火液。淬火剂通常指的是高浓度有机淬火介质或无 机加有机淬火介质，将其稀释到一定浓度成为淬火 液。例如 P A G淬火剂稀释 到 1 0 则成为 1 0 P A G 淬火液。固体的 N a C I 等通常不称为淬火剂其实 它们对水而言是添加剂，用来改善水的冷却性 能，配制合用的淬火液。(2)浊点和逆溶点P A G类淬火介质有一个很 重要的特性是逆溶性。一般的物质在水中的溶解度 是随温 度的升高而增 加，但 P A G类 却有逆溶性，即当温 度超 过某 一温度(通常 为 7 O一8 0 )时，P A G反 而从水 中析出；反之，当水温低于此温度 时，P A G又迅速地溶入水中，这个温度称 为

28、逆溶 点。P A G类淬火介质正是由于这一特性才使得它在 低温区域冷速降低，才能用来代替淬火油。浊点通 常指的是当液体温度下降时，开始变混浊的温度。4 2 点相反。因此，有些 P A G产品用浊点代替逆溶点 是不正确的。(3)粘度在水基淬火介质中粘度是非常重要 的指标。由于淬火介质生产厂家使用不同的粘度单 位，有必要简单介绍一下。流动物质内部阻力的量度叫粘度。水基淬火介 质常用的粘度是动力粘度和运动粘度。动力粘度表示液体在一定剪切应力下流动时内 部阻力的量度。在我国法定计量单位制中以帕 秒(P a s)表示，习惯用的厘泊(c P)为非法定计量 单位，I c P=1 0 I 3 P a s。运动

29、粘度表示液体在重力 作用下流动时内部阻力的量度，其值为相同温度下 液体的动力粘度与其密度之比。在法定计量单位制 中以 s 表示 习惯用的厘斯(c S t)为非法定计 量单位，l e S t=1 m a n 2 s，1 s=1 0 6 c S t。3 无机袖水溶液(无机淬火介质)将无机物(无机盐、碱或它们的混合物)加入 水中形成的无机物淬火液是最稳定的，几乎不发生 分解，不变质，而且抗污染能力也最强。无机物做为添加剂可促使蒸汽膜迅速破裂，使 沸腾阶段提前，这样就加速了工件在高温区的冷却 过程。另外选用不 同的无机物还可以降低低温区的 冷却速度，这样可避免开裂减少淬火冷却畸变。最常用 的无机物水溶

30、液是氯化钠和氯化钙水溶 液，氯化钠水溶液使用浓度为 5 一1 5 冷却能 力随浓度增加而提高，但超过 2 0 以后冷却能力 下降。5 一1 5 氯化钠水溶液适用于碳素工具钢 和碳素结构钢的淬火。氯化钙水溶液通常使用密度 1 4 01 4 6 s c m 3的饱和水溶液，适用于碳钢和低 合金钢。氯化钙水溶液淬火后工件呈银灰色 但如 不及时清洗防锈则易生锈。在 01 0 出现结晶和 沉淀，在北方这是很让人头疼的事，有报告说加入 一些添加剂能有所改善。采用 5 一1 0 N a 和 0 5 一1 0 N C 的混合水溶液淬火，其冷却能力大致相 当于盐水。工件不必进行防锈处理，该淬火液 自身有优 庭的

31、防 辊藏I(热鲰I)2 0 年第 4霸 一一 篓 质 晰 维普资讯 http:/ 技术讲毫 锈性能。饱和或过饱和无机盐水溶液常用来解决工件开 裂或 畸 变过 大 的同题。最 常用 的是 三硝 水溶 液(2 5 N a N O 3，2 0 N A N 0 2，2 0 K N o 3，3 5 0)，该溶液中含有大量的无机盐，在冷却时剧烈地破坏 蒸汽膜，使沸腾阶段提前，使工件在高温区冷速很 高。由于过饱和溶液的粘度较大，而且大量的粒子 围绕在工件表面，致使低温区冷却较慢。这种介质 适用于碳钢和低合金钢。二硝水 溶液(3 0 N A N 0 2，2 0 N a N o 3，5 0 O)用于 4 5钢、

32、渗碳钢，1 8，T 1 0，6 0钢等 的淬 火都有满意的效果。采用 2 2 N a C l 水溶液处理碳钢、渗碳钢效果 也是满意的。4 无机物加少许有机物水 溶液(无机加有机 淬火介质)倒 1 3 一5 N a C l+0 1 5 一0 2 0 聚乙烯 醇的水溶液可用于中碳钢及中低合金钢淬火。倒2 5 一1 0 N a C I+0 3 一 0 5 羟乙基纤维 索的水溶液可用于代替油，如加入 1 N aN0 2 效果更 好。羟乙基纤维索无味、无毒、易溶于水。倒 3 2 一 6 N aNO +0 0 3 一 0 0 5 聚丙烯 酰胺可用来代油。聚丙烯酰胺无味无毒易溶于水。还可举其他的组合，这类淬

33、火液的最大缺点是 浓度不好控镧，即冷却能力难于维护和调整。其难 度在于水的蒸发，无机物被工件带出，有机物被热 裂解和被带出。这样溶液中无机物和有机物的浓度 难于测定。5 有机物加少许无机物水溶液(有机淬火介质)这类淬火介质的典型代表是 P A G类。P A C T 在 国内常译做聚二醇、聚醚。P A G淬火剂是 由大约 4 0 P A G加入约 2 5 N aNO 2 以及其他添加剂配制 而成。由于无机物和其他添加剂比倒很少，P A C T 淬 火液可用折光仪方便地确定介质的浓度，这一点是 无机物加有机物淬火介质无法比拟的。P A G淬火介 质的另一特性是逆溶性，调整浓度可使低温区的冷 速接近

34、油，从而实现水油之闻冷速可调，P A G淬火 介质实现了低浓度代水(盐水)、高浓 度代油的最 长跨度的覆盖(当然还不能认为 P A G可取代 N a C I 水溶液，有时低浓度的 P A G不如 N a C I 水溶液效果 好)。P A G淬火介质可用于喷冷淬火和整体淬火。聚 乙烯醇(P V A)水溶液是最早使用的有机淬 机棱I凡t 热衲I 2 0 0 0年笨 4期 火介质。用于感应加热喷射淬火或整体淬火时，一 般浓度为 0 3 左 右，可用 于碳 钢及低合 金结构 钢。P V A稳定性差，防腐性差，易霉坏发臭。目前 国内用量越来越少，多为 P A C T 所取代。聚乙烯基吡咯烷酮(P V P

35、)水溶液做为淬火介 质是 1 9 7 5 年获得专利的，最佳分子为 l O 一2 0万，通常加 入 5 防锈 剂(N aN0 2等)和 3 防腐剂。P V P淬火液具有很强的防止淬裂的能力，可在较低 的浓度下使用，可用于整体淬火和感应加热淬火。由于分子量 比较大，使用中分子键容易断，分子量 的改变影响淬火质量。我国生产 的 P V P主要用于 化妆品，价格昂贵。如用于淬火恐怕难以接受。聚异 丁烯 马来 酸钠(P M1)水溶液防锈 能力 强、泡沫少，主要用于喷射淬火。P M1 加入些无机 物调整后代油效果很好。国内有生产与 P M1相近 的产品，价格低于 P A G，效果也不错。聚丙烯酰胺(P

36、A M)水溶液添加一些 N aN0 2除 提高防锈能力外，还可提前破除蒸汽膜，从而提高 了高温 区的冷 却能力。P A M 的分子量较高，不适 于喷射淬火。配制好的 P A M淬火液可以代替油。6 小结 水基淬火介质还有不同的分类方法，也就是依 据不同的标准分类。作者提出的方法比较简单，最 重要的是 比较符合我国目前的现状。有机淬火介质 恐怕不能取代无机淬火介质，但有可能取代无机加 有机淬火介质。目前我 国销售 的水基淬火介质中，凡是含有有 机物而又不能用折光仪确定浓度的水基淬火介质几 乎完全属于无机加有机淬火介质。商家出于自身利 益的考虑，将无机物和有机物按浓缩 的比例混合后 出售，使用厂家

37、并不清楚有机物和无机物的具体名 称和数量，因此给淬火荆的调整带来许多不便。如 果生产厂家将有机物和无机物分别出售或只售有机 物而由生产厂添加无机物，这样就容易调整了。一种淬火介质的冷却能力可以认为是由二都分 组成：高温区冷却能力和低温区冷却能力。选择合 适的无机物和有机物(少许)可以找到一个比较合 适的组合来解决工件淬火 中的问题(如开裂、畸 变、硬度不足和软点等)。有兴趣 的热处理工作者 不妨一试。在后面的讲座中作者将介绍简单的测试 和评价方法，也许会对这些爱好者有些帮助。(待续)(2 o o o 0 1 2 1)4 3 维普资讯 http:/ 棒 莘 f 展 淬火介质技术讲座 质冷却性能的

38、测试标准。目前国际上都是用测试淬 火油冷却性能的标准测试水基淬火介质。在我国有 三个标准 即 I S O 9 9 5 0，S I-I T 0 2 2 0和 T B T 7 9 5 1。在水基淬火介质中，无机加有机淬火介质是最 需要经常测试冷却能力的，因为投有更简单、更有 效的控制其浓度和冷却能力的方法。无机淬火介质 可用比重计检测，有机淬火介质可用折光仪检测，只有出现较大偏差时才用测试冷却能力的方法加以 校正。水基淬火介质冷却能力测试的难点在于介质 搅拌程度的标定。由于搅拌在水基淬火介质冷却性 能测试中有特别重要的作用，测试时应在有标定的 搅拌状态下。但上述三个标准都测的是静止状态。搅拌的程度

39、主要影响蒸汽膜阶段的时间长短(特温 秒)。一般地说，随着搅拌程度的增加，高温区冷 却能力提高，而对低温区冷却能力影响不大。搅拌 对有机淬火介质和无机加有机介质的影响远大于对 无机淬火介 质的影响。测试淬火油的冷却性能时重现性好，而且实验室 测定的数据与生产实践的对应性良好。测试水基淬 火介质冷却性能时，重现性差，尤其是无机加有机淬 火介质。无机加有机淬火介质的临界浓度大约在 1 0 以下；有机淬火介 质浓度大 约在 5 以下。当浓 度大于 临界浓 度 时，介 质 的特 性 温 度 随 浓 度 的 增 加 而下降，特温秒增、加，低温区越来越 j 慢，冷却 曲线之间 不交 叉。当浓 度 降到临 界

40、浓 度 以 下，特性温度会低 于临界 浓度 的 特 性温度，特温秒也 增加，冷却 曲线出 4 4 4 造成这种假象的主要原因是有机物和无机物的比例 失调。高浓度时有机物形成蒸汽膜的能力受到无机 物的制约表现得很规律。在低于临界浓度时，无机物 含量过低，无法制约有机物形成蒸汽膜的能力，所以 会出现意料之外的过长的蒸汽膜阶段，即特温秒增 加，特性温度下降的情况。工件在实际淬火时，都有 某种程度的搅拌，这一点和实验室测试时不同。P A G 类淬火介质的情况可以从图 1 看到。无机加有机淬 火介质将更加明显。1 冷 却能力覆盖 的区域 水基淬火介质的研制者试图以最大的跨度覆盖 液体淬火介质。低浓度代水

41、(或低浓度盐水)，高浓度 代油(N 3 2 油)或比油冷速还慢。用 G r o n a,m淬火强 烈度(日值)将这个 区域数字化，以静止的 加 水的 日值为 1 0，以 8 0 N 3 2 油的 日值为 0 2 5，则水基淬 火介质和淬火油冷却能力覆盖的情况女 11 图2 所示。执械1人(热加I)2 0 O O年第 5勰 氐。顺 试 澍 从 比 力 益一 鞋廊曦 能 广一=曼劝 一一 一 一 冷 擀 耿 私 一 效 鼬 驳 激 大 昕 障 乐 介 样 讲 天 帼 天 一 第 维普资讯 http:/ 一(3)在超速淬火油和无机淬火介质之问尚有=0 3的空间，这正是有机淬火介质和无机加有机淬 火介

42、质的用武之地。有些工件 因材质、尺寸等因素，用无机淬火介质开裂，而用超速淬火油存在硬度不 足、淬硬层深不够、有软点等问题，用含有有机物 的淬火介质效果令人满意。且此时的介质浓度低，运行成本低，是水和油都很难解决的最佳方案。(4)在无机 淬火 介 质区域 内，由于工 件 材 质、尺寸、形状等因素，用无机淬火介质开裂或畸变过 大，可采用有机淬火介质或无机加有机淬火介质，或在无机淬火介质中加入少量 的有机物加以解决。2 冷却性能的测试 和评 价(1)无机淬火介质配制好以后，只要控制 密 度，即可有效 地控制浓度和冷 却能力。我们 将主要 讨论有机淬火介质和无机加有机淬火介质的冷却性 能 的测试 和评

43、 价。(2)I S o 9 9 5 0 测试和评价研制水基淬火介质的 目的都是要降低水的冷却能力，使之介于水油之间并 达到油的冷却能力。I S o 9 9 5 0 测试标准有 6项指标，N 3 2(4 0 o C)和自来水(3 0 c)的冷却性能见表 1。表 1 N 3 2油和水的冷却数据 f 钟)S-I：竺 舟 质 l()J 位 置 l()-羊 一 I 8 2 油l 6 0 3 f 5 3 0 2 0 l 7 1 f 1 5 1 l 2 0 2 l 5 5 36 t 0 2 0 0 l I l j l l 水l 2 2 0 2 0 l 5 5 0 2 0 l 1 0 0 3 l 6 3 7

44、3 l 1 0 3 一般地说，3 0 0 的冷速在 5 0 s 以下可用来 代油，5 0 1t 0 s 可用来处理水和油都淬不好的工 件。1t 0 s 以上可用来处理 无机 淬火介质 淬不好 的工件。最大冷速越快，最大冷速位置越高，则介 质 的 冷 却 能 力 就 越 大。冷 却 曲线 提 供 的数 据(8 5 0 到 6 0 0 、4 0 0 、2 0 0 的 时 间秒)也 是 重 要的参考数据。在高温区主要考虑它是否会躲过 c 曲线的“鼻子”；在低温区考虑马氏体转变 区是否 太快，太快会引起开裂和过大的畸变。(3)S I t T 0 2 2 0测 试 和评 价按 照 S I t T 0 2

45、 2 0 测试的 N 3 2 油和 自来水的冷却数据见表 2。表 2 胜油(舯)和 自来水f 鲫)冷却性能(s O 2 2 0)淬火 特性温 拎却时间 s 舟质 度 8 0 0 4 0 0 l 8 0 o 3 0 o f 4 0 O 1 5 0 3 2 油 5 1 0 1 0 5 2 0 2 l 5 5 0 3 l I 2 1 一 自 来水 5 4 o 1 0 0 9 0 1 1 0 0 1 l 1 0 0 5 f 0 4 0 1 正如前面所述，I S O 9 9 5 0是 以 3 0 0 C冷却速度来评 机械I太t 热掘I。年第 5期 价淬火 介质的低温冷却能力。在 S I 1 T 0 2

46、2 0中以 3 0 0 C 冷速来判断不能反映真实情况。作者 同意 日 本村上义春的意见，用 4 0 0 1 5 0 C 的平均速度评价 比较合理。作者曾提 出一个评价标准：S H T 0 2 2 0 测定的4 0 0 1 5 0 o C 平均冷速 1 2 0 o C s 相当 I s O 9 9 5 0 在 3 0 0 o C的冷 速 5 0 8，而 3 5 s 相 当于 I s O 9 9 5 0 在 3 0 0 C的冷速 2 0 C s。作者 在数值评 价淬火 油 时，按照 S H T0 2 2 0曾提 出 C P值的计算方法，并 按 C P对淬火油分类。用于有机淬火介质和无机加 有机淬

47、火介质计算 C P值 的公式如下：C P=3 0 0+0 9 +9 C R 一4 0t 式中，c P为有机淬火介质或无机加有机淬火介质的 c P值(冷却能力值)；z 为特性温度，o C；C R为 8 0 0 4 0 0 o C的平均 冷速，o C S；I为 4 0 01 5 0 o C的冷却 时 问，S。按此公式计算 出的 C P值可按淬火油分类确 定淬火介质可替代的油品，也可用于介质冷却能力的 比较。目前国内尚无水基淬火介质冷却能力的评价 标准，作者提出的数值方法由于考虑到了高低温区的 冷却能力对总冷却能力的不同贡献，有一定参考价 值，不妨一试。如想进一步了解，可参看作者在 铸锻 热一热处理

48、实践 l 9 9 6 年第 2 期发表的文章。(4)r B T 7 9 5 1的测试和评价按 照 r B T 7 9 5 1 的规定，淬火介质冷却性 能的参数共有 7 个。N 3 2 油和水的冷却性能如表 3 所示。T B r 6 9 5 5 9 3 热处理常用淬火介质技术要求 的附录 A中，按照 皿，r 7 9 5 1 测定了常用淬火介质的 冷却参数。关于有机淬火介质和无机加有机淬火介 质在低温区引起开裂的倾向未作说明，作者在研究了 附录 A给出的 3 0 0 2 0 0 C 平均速度之后认为，平均冷 速小于 2 5 0 C s 可不产生开裂(对一般形状而言)。表 3 N3 2油和水的冷却性

49、能(i a r 7 9 5 1)特性 特温 最高 最高砖 冷却时 间 B 淬火舟质 温度 蛰，g 冷速 蘸所在 温 度 (自 一 )4 o E l 3 o o E l l加 5 13 2 油()5 3 6 7 6 1 5 9 4 7 4 8 7 l 1 6 3 l 一 水(2 o c)5 1 5 9 0 8 2 5 9 1 9 l 2 0 l 2 0 3 小 结 这两讲讨论了水基淬火介质冷却能力的构成及 其影响因素、测试和评价。感兴趣的同仁反复阅读 后即可自行设计不同冷却能力的水基淬火介质，首 先从特殊工件、小批量试起，会别有一番情趣。(待 续)(2 E O O 2 1 7)4 5 维普资讯

50、http:/ 第 午 【技术讲窿 偶，I S 0 9 9 5 0 规定的也是非接地型。为了使热电偶 工作点与探头本体的相对位置保持不变，在热电偶 上加一个定位套，见图 3。可用制作探头的材料加 工。将该套用 M 3 螺钉固定在离热电偶工作点适当 的位置，使热电偶顶端固定在探头本体上。在热电 偶套管和固定套之间涂一层高温胶效果更好。支持 管和探头本体联接时最好也涂一层高温胶。电炉 圉 1 现场测试仪原理示意圉 圉 2 探头尺寸 圉 3 定位套示意图 数显温度计可用最简单的，不必有控温装置，能指示 即可，温度范围 0一I 1 0 0。配用 K型热 电 偶，将三个单元按图 1 安装好。图 1 的开关