热处理小知识 淬火介质

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2013
【期  号】第6期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；快速冷却；金属工件；有机物水溶液；冷却能力；惰性气体；氨分解气；还原性气体；气体介质；光亮淬火油
【参考文献格式】.淬火介质(一)[J].热处理技术与装备,2013,(第6期).

金属工件淬火时，需要将它加热到某一适当温度，并保温一段时间，随即快速冷却。为了使金属工件快速冷却，必须有快速吸收工件热量的介质，称它为淬火介质。

淬火介质有三大类:气体、液体和固体。气体介质有静止的和压缩的空气;氢和氨分解气等还原性气体;氮等中性气体和氩;氦等惰性气体。液体介质有清水、无机盐或碱的水溶液和有机物水溶液;植物油、机械油、专用淬火油;熔盐和溶融金属的溶融热浴。固体介质有气固态、气液态和气液固态的流态床;金属板。常用的淬火介质有水、油、熔盐、水溶液等见表1。

表1 几种常用淬火介质

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第1期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；物态变化；等温淬火；分级淬火；冷却能力；物理性质；热传导；水基型
【参考文献格式】.淬火介质（二）[J].热处理技术与装备,2014,(第1期).

淬火介质又称淬火剂，淬火介质有固态的(靠热传导)、液态的或气态的，主要是液态的。可分为无物态变化型和有物态变化型两大类:前者多半用于分级淬火和等温淬火，主要靠介质的传导和对流带走工件的热量，冷却能力决定于介质本身的热容，热导、流动性等物理性质，以及工件与介质间的温差。常用的有碱浴、硝盐浴和铅浴。后者按成份又可分为水基型和油基型;按冷却特性可分为非形成薄膜型，淬火过程中工件表面不产生沉积层，和形成薄膜型，淬火时在工件表面迅速形成一层覆膜，冷却过程中再溶于淬火液中。

淬火介质一般有下列三个要求:(1)要有足够的冷却能力，保证对工件的冷速大于淬火钢的临界冷速。对一定钢种和尺寸的工件，冷却能力越大，得到的淬硬层就越深。但冷速过高，将增加工件截面上的温差，使热应力和组织应力增大，容易引起工件变形甚至开裂。因此，淬火介质要合理选择冷却能力，以能满足淬火工艺要求为宜。这一要求是必备的;(2)理想淬火介质的冷却特性:在过冷奥氏体稳定性最小的温度范围(约500～600℃)有较强的冷却能力，以抑制过冷奥氏体分解，而在马氏体转变开始温度点附近冷速较缓慢，减小产生热应力和组织应力。这个要求一般单一淬火介质很难具备，采用双液淬火和有机淬火液等能接近这个要求;(3)适用的钢种范围要广，对淬火工件的变形、开裂倾向要小;使用过程中不变质;不腐蚀;不粘结工件;不易燃易爆;无公害;价格便宜;来源充分;便于推广。这个要求对一种淬火介质不可能全具备，只能有部分性能，因此各种淬火介质各具特色。

现有的各种淬火介质各有优缺点，我们要按工件的材质，性能要求和生产条件等实际情况选用尽可能合适的淬火介质。

下面简要介绍各种淬火介质的特点。

(1)水。是最常用，最廉价的淬火介质;化学稳定性很高;热容量较大;沸点低，容易形成蒸汽膜。水的冷却能力随水温升高而急剧降低。水在高温区(800～550℃)的冷却能力并不强，而在低温区300℃左右的冷却能力却很大，容易引起工件的变形和开裂。工件摆动或让水快速流动可以提高冷速。但低温区冷速快的缺点不会改变，若有需要可采用双液淬火，即把工件提前出水，再进油冷却，或者出水后空冷。(2)盐水或碱水。也是常用的淬火介质。①NaCl(食盐)水溶液，NaCl浓度5%或10%。优点:NaCl能附着于灼热的工件表面，剧烈爆炸成雾状(崩膜)，缩短蒸汽膜阶段，明显提高水的冷速，冷却也比较均匀，价格便宜。淬火件可达到较高硬度，而且均匀。缺点:冷速随温度变化，淬火件易生锈。用于淬透性低、不易开裂、对防止变形要求低的工件，例如碳素钢件(有效厚度30～100 mm，采用盐水和油双液淬火)，合金结构钢(40Cr，40CrMoV，有效厚度30～150 mm;38CrMoAl有效厚度＞80 mm)。注意溶液温度应控制在60℃以下，淬火后要清洗和防锈处理。②NaOH水溶液:优点:冷却特性与NaCl溶液基本相同，NaOH可与工件表面的氧化皮作用，产生氢气，使氧化皮迅速剥落，使工件表面呈现光亮的银白色。冷却能力大于NaCl。缺点:有腐蚀性，劳动条件较差，使用过程易吸收空气中的CO2逐渐改变成分。与前两者一样，冷速也随温度明显变化。用于碳素钢。注意定期更换溶液。③饱和CaCl2水溶液:优点:在奥氏体不稳定区(650～550℃)有很高的冷速，在马氏体转变区，由于沸点比水高，对流的开始温度也较高，同时粘度比水大，传热性也较差，因此冷速较慢，能减小淬火应力，防止变形和开裂。配制方便，易买，价廉，使用寿命长。缺点:温度太低时，会有CaCl2结晶析出，堵塞淬火槽管路。淬火件放置时易生锈。注意淬火后及时清洗和防锈处理。④过饱和硝酸盐水溶液有两种:三溶液，NaNO325%，NaNO220%，KNO3 20%，水35%，使用的相对密度控制在 1.4 ～0.5;二硝溶液，NaNO331.2%，NaNO220.8%，使用的相对密度控制在 0.36 ～0.41。优点:在高温区，由于大量硝酸盐的存在会破坏蒸汽膜的形成和稳定性，使冷速接近水。在低温区，由于溶液浓度高，粘度大，流动性差，对流速度慢，使冷速接近油。三硝溶液与饱和CaCl2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，高温下冷速比油快3倍，低温下为油的1倍，但仍比水慢。缺点:价格比CaCl2高很多，NaNO2有毒，易产生致癌物质。主要用于中碳钢、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≦40 mm。适用于形状简单的合金钢［40Cr、65Mn、20Cr(渗碳后)、GCr15］工件。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第2期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】普通淬火油；淬火介质；冷却能力；冷速比；使用温度；淬透性；矿物油；低合金钢；分级淬火；工件表面
【参考文献格式】.淬火介质(三)[J].热处理技术与装备,2014,(第2期).

(3)淬火油。也是常用的淬火介质，普通矿物油按粘度和闪点不同其冷却能力也有所差异，使用温度也不同。油的主要优点是高温区与低温区的冷速比较大，而高温区的冷速比较缓慢，工件不易变形，主要适用于淬透性高的合金钢工件。缺点是对碳素钢和截面较大的低合金钢工件不易淬硬、淬透，淬火后表面易玷污、不够光洁、易燃烧、成本较高，所以使用有一定局限性。适当提高油温、强烈搅拌或加入添加剂(如磺酸钠、磺酸钡等)可改善油的冷却能力。

对淬火油性能的要求:①良好的冷却能力可保证淬火后的零件具有一定的硬度和合格的金相组织，并能防止零件变形和开裂;②高的闪点和燃点，通常闪点应比使用时的油温高出60～80℃，否则油温瞬时升高，可能着火;③良好的抗氧化、抗热分解和抗老化等性能，可以在长期淬火的苛刻条件下有长的寿命;④油品的粘度应尽可能低，这样既可以减少带出量造成油品损耗，又便于工件清洗;⑤淬火油中含水量不能超过0.05%，否则零件会有软点、淬裂或变形，也可能造成油品飞溅伤人事故;⑥无毒、无味、易处理、对环境无污染，淬火后的工件表面光亮。

淬火油的种类:矿物油是由石蜡、环烷、芳香烃和石蜡一芳香系的碳氢化合物及其各种衍生物所组成。由于组成成分和炼制方法的不同，形成不同特性、不同用途的专用淬火油。根据使用要求(包括冷却速度、使用温度、光亮度等)可分为以下几类:

①普通淬火油是热处理通用的油品之一，具有相对较慢的冷却速度，主要用于淬透性较好的钢。如小尺寸轴承钢，工模具钢制零件。以往国内采用不同牌号的机械油作为淬火油。20世纪80年代初，为了提高油品的冷却性能，热氧化安定性和防锈性能，在机械油中加入了催冷剂、抗氧剂和防锈剂，研制出不同牌号的普通淬火油，其性能优于机械油。普通淬火油主要可用于盐浴炉、箱式炉、井式炉一般工艺淬火，不宜与其他油品混用。换油时，要彻底清理油槽。该油品最佳使用温度为50～80℃，不要超过80℃，以免影响使用寿命。油槽中应安装搅拌或循环装置，进一步提高油品的冷却能力，使工件表面能均匀冷却，并定期向油槽中补充新油。

②快速淬火油是在精制石蜡基润滑油中加入催冷剂、清净剂和抗氧化添加剂等调配而成的。油温80℃时特性温度不低于600℃，由800℃冷到400℃的时间不大于4 s。快速淬火油可提高零件淬火后的表面硬度和淬硬层深度，提高材料的力学性能，可用于Grl5钢制大中型、截面尺寸较大的轴承，以及渗碳、碳共渗工件的淬火冷却。

③超(高)速淬火油具有比快速淬火油更快的速度。该油是精制石蜡基润滑油中加入催冷剂、清净剂和抗氧化剂等调制而成。油温在800℃时特性温度不低于585℃，由800℃冷却到400℃的时间比快速淬火油更短。主要用于截面较大而又有较深淬硬层的轴承零件。

④分级淬火油是由精选的高抗氧化性、热稳定性的基础油配制而成，一般具有较高的闪点和粘度，并含有抗氧化剂，使其在恶劣工作环境下有较长的使用寿命。由于淬火油的使用温度会影响它的使用寿命、冷却速度、运动粘度及工件变形。80℃以下使用的称冷淬火油。80～200℃使用的为热淬火油，亦称分级淬火油。由于热淬火油是在相对较高的温度下使用，主要用于要求变形小的大直径、薄壁和形状复杂的工件。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第3期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】真空淬火油；真空热处理工艺；淬火介质；溶剂脱脂；压力降低；饱和蒸汽压；真空蒸馏；光亮剂；溶剂精制；冷剂
【参考文献格式】.淬火介质(四)[J].热处理技术与装备,2014,(第3期).

⑤真空淬火油是用石蜡基润滑油经溶剂脱脂、溶剂精制、白土处理及真空蒸馏、真空脱气，加入催冷剂、光亮剂和抗氧化剂等配制而成。由于真空热处理工艺要使工件不氧化、不脱碳、不增碳、减少变形，既提高零件的寿命，又不污染空气，所以对淬火油有一些特殊要求:饱和蒸汽压较低。当压力降低、温度升高，则油的蒸发量大，易污染炉腔，影响真空效果。而饱和蒸气压低，能减少蒸发量;冷却性能好。在真空下，压力降低，沸点下降，工件易于沸腾。而且工件表面洁净，使沸腾阶段加长，冷却激烈度减少。因此要求淬火油在较宽的压力范围内有较高的冷却能力;光亮性和热安定性好。工件易与淬火油中的残炭、残硫、氧气、水分、酸等反应，因此要有高的光亮性和热安定性。用于真空炉淬火或其它真空中加热零件的。适用于大中型航空结构钢、轴承钢、工模具钢及其它合金钢淬火。初次使用，应在66×103Pa下预抽10～20 min，将油中混入的空气脱出，防止油中空气将油携带到管道及真空机组内。

⑥快速光亮淬火油是由石蜡基原油生产的润滑油经脱脂和精制后添加光亮剂、催冷剂和抗氧剂调配而成。是一种具有较强冷却能力的光亮淬火油。油温在80℃时选择性温度不低于600℃，800℃冷到400℃的时间不大于4.5 s。主要用于淬透性差的材料和较大尺寸零件在保护气氛下淬火，淬火后能保持表面光亮。适用于汽车、拖拉机、轴承及纺织机械行业保护气氛淬火，汽车齿轮渗碳及碳氮共渗淬火。使用中最高油温不超过100℃，保证油有长期稳定的冷却能力和良好的淬火光亮性。严禁水分和其他油品混入，少量水分可能严重影响淬火零件表面状态。保护气氛中应严格控制碳黑和硫含量，它们也影响零件淬火后的质量。

⑦机械油是精制矿物润滑油。应属于第一类的油。因为在轴承等行业中仍有很多厂家在使用，故单列为一类。常用的有N32和N15机械油。选择淬火油时，必须充分考虑要处理零件的材质、形状、大小尺寸、变形、淬硬层深度、工艺、光亮度和采用的热处理装备等因素。优良的淬火油是采用热稳定性高的精炼基础油(一般为石蜡基)加上能提高使用性能和使用寿命的各种添加剂配制而成的。为了防止出现软点等缺陷，淬火油冷却速度要大于轴承钢的临界冷却速度。但不宜过大，以免引起较大的内应力，导致开裂和过大的淬火变形。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第4期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；溶液的浓度；冷却能力；冷却速度；淬硬层；表面淬火；直接淬火；使用寿命；腐蚀抑制剂；有机聚合物
【参考文献格式】.淬火介质(五)[J].热处理技术与装备,2014,(第4期).

(4)有机淬火液。
水溶性有机淬火液是一种新型淬火介质。水性淬火液的种类很多,如最早的聚乙烯醇类,现在大量使用的是PAG类,业内常把PAG直接称为水性淬火液。
主要特点有:①调整水溶液的浓度,可在很大范围内调整冷却能力,可近于水,或介于水油之间,或相当于油,甚至更慢的冷却速度:②无毒,无油烟,不燃烧,使用安全,改善劳动条件,无环境污染:③淬硬层深,硬度均匀,无软点,大大减小淬火变形和开裂的倾向,尤其适用于低,中碳钢感应及大件淬火;④对黑色及有色金属均无腐蚀,淬火工件光亮且有短期防锈作用,可不清洗直接回火:⑤不易老化,变质,使用寿命长;⑥带出量少,使用成本低,综合经济性好。它的主要优点是:①克服了水冷却速度快,易使工件开裂;油品冷却速度慢,淬火效果差且易燃等缺点。②完全不燃烧,无火灾危险,无毒,无油烟等残杂物,设备维护和清洁工作变得轻松简单。③大大改善工作环境,满足环保部门对企业的环保要求。④使用寿命长。不易变质和被氧化,主要是补充蒸发损失掉的水。对黑色金属及有色金属均无腐蚀,火工件光亮且有短期防锈作用。
主要种类有:
①PAG是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。有机聚合物完全溶于水,在常温下均匀透明溶液。当温度超过逆熔点74 ℃时,溶解度反而会下降,从水中析出分离,在金属表面沉积,形成一层薄膜,这是PAG的特点有逆溶性。通过调节水溶液的浓度改变薄膜的厚度,可在很大范围内调整冷却能力,调节水溶液的温度或搅拌程度也能辅助控制冷却速度。推荐最佳溶液温度为20~50℃,应不高于60℃，淬火剂在0℃以下会冻住,使用前需要在室温下解冻并混合,但不会影响功能。它具有上述共有的特点。PAG是世界上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。主要应用范围:高碳钢和高合金钢用20%~30%的浓度,可用于钢件的整体和表面淬火,感应淬火和火焰淬火,适合喷射淬火和浸淬,几何外型复杂的高合金部件(包括:球墨铸铁、韧性铸铁等)。可用于倾炉、车底式炉和坑式炉中加工的大型合金部件,感应加热成形的部件或合金。使用燃气、天然气和碳氨共渗气的熔炉中需要油淬火的加工部件(间歇式和连续式操作)。旋转或持续型混合器的氧化熔炉、天然气熔炉和保护气熔炉。它们能应用在部件铸造后的直接淬火;铸件的连续淬火以及铸钢,锻钢、铸铁的一般淬火。大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的淬火(连续式渗碳生产线或箱式多用炉)。
②PVP是聚合物淬火剂的主要品种。可以改善水的冷却特性,它除上述共有的特点外,价格比用油类低得多,PVP淬火溶液的比热几乎为油类的两倍,所以PVP淬火剂的温升只是相同体积油类的一半,这样使可提高淬火产量。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第5期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】无规共聚物；淬火介质；环氧丙烷；工件表面；聚醚型；浊点；感应淬火；高温区；整体淬火；冷却能力
【参考文献格式】.淬火介质(六)[J].热处理技术与装备,2014,(第5期).


③聚醚(PAG)水溶液:是环氧乙烷与环氧丙烷的无规共聚物，常用品种中主要成分的分子量约为13000。美国牌号有UCON A、B、C、HT，AQ251、252、364、365 等，俄罗斯牌号有 ZSP1、2、3。升高温度，聚醚的溶解度反而下降，直至从水中析出(即逆溶性)。常温下是均匀的透明溶液，升温到浊点，从透明变为混浊。继续升温到逆熔点，聚醚的线型大分子从水中析出，并与水完全分离。溶液中聚醚的浓度＜5%淬火时，在高温区能在工件表面析出聚醚，起浸润作用，促使蒸汽膜较快破坏，此时聚醚的冷却能力接近于NaCl或碱的水溶液。增大聚醚浓度，淬火时在工件表面能形成沉积膜，起隔热层作用，使冷速下降。沉积膜厚度取决于聚醚浓度，因此冷速可以调节。另外，沉积膜使散热比较均匀，可消除软点，且减小内应力，防止工件变形。淬火温度下降到逆熔点以下，已析出的聚醚会重新溶于水。聚醚有良好的热稳定性，可长期使用。在美国可使用13～14年，但是价格很贵。聚醚是世界上应用最广的有机淬火液，可用于汽车零件，航空用的铝合金和钛合金和合金钢锻模的淬火，大转矩柴油机曲轴的感应淬火等。高频淬火通用的浓度为1% ～2%;若浓度为5%，冷却更均匀，可避免水淬中常产生的软点;若浓度为10%～20%，冷速加快，适用于低淬透性钢;若浓度为20% ～30%，可用于钢件的整体和表面淬火。钢件淬火的工作温度为35～50℃，铝合金为25℃以下。大截面高淬透性合金钢要用高液温、高浓度的溶液，减少热应力，如AISI5160钢的工作温度为70℃。

④聚酰胺聚乙二醇(PAM)水溶液:主要成分是酰胺与乙二醇共聚，稳定性比其它有机聚合物的淬火介质都好。浓度超过15%，可明显减少淬裂几率。可用于直接淬火，锻造余热淬火和感应喷射淬火，特别是大型工件的淬火。

⑤聚乙二醇:属于成膜型淬火介质。感应淬火的最佳浓度为5% ～10%，整体淬火时为15% ～20%，可防止开裂，形成的薄膜易清洗。性能不如聚醚型淬火介质，欧美一直没采用。使用中必须控制介质浓度和温度。

⑥PQK是水溶性烯类高分子快速淬火介质，含防锈剂和消泡剂。工作原理是，工件冷却时，高分子在高温下在工件表面起浸润作用，在工件表面运动，成为蒸汽膜的生成核心，在长大过程提前破裂或消除，不会或很少生成水蒸汽膜，快速进入冷却特性，彻底改变了水的冷却缺点。减弱或没有水蒸汽膜的隔热作用，大大提高了在高温阶段的冷却能力，可确保奥氏体过冷到Ms点，转变成马氏体。但冷却能力比强碱和盐水溶液弱一些，淬透性较好的钢不易淬裂。又因为冷却能力来自溶入的高分子降低热传导，且减弱溶液流动性，降低与工件的热交换。所以低温的冷速不大，有利于防止淬火变形。不易产生泡沫和变质发臭。由于工件表面达到74～78℃时会形成隔离膜，减弱冷却强度，故不能用于厚大工件，又要求淬硬层很深的淬火。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2014
【期  号】第6期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；甲基丙烯酸钠；聚丙烯酸钠；冷却曲线；低淬透性钢；酸衍生物；冷速；油淬；冷却性能；工件表面
【参考文献格式】.淬火介质(七)[J].热处理技术与装备,2014,(第6期).


⑦聚丙烯酸钠(SPA)水溶液:主要成分是1:1的丙烯酸钠和聚丙烯－甲基丙烯酸钠，是80年代出现的淬火介质。我国的PAS－3水溶性淬火介质，主要成分是聚丙烯酸盐;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%，添加剂为0.63%。冷却曲线几乎是直线，蒸汽膜阶段时间很长，冷速慢，散热均匀，有利于非马氏淬火和高淬透性、易淬裂的钢工件。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，还具有很好的加工性能。由于没有回火工序，可以节能，降低成本。能代替油浴、盐浴或铅浴，适用于易淬裂的工件。用PAS－3淬火，工件表面和心部的硬度都能符合国标，金相组织为4级。疲劳试验结果与用N15号全损耗系统油淬的较接近。TZQ的冷却性能与PAS－3不同，蒸汽膜阶段短，高温区域冷速较快，有利于低淬透性钢材的淬火。可用于汽车锻件淬火，还可用于拖拉机活塞销20Cr钢渗碳后淬火和低温回火。浓度5%～10%的溶液用于合金钢的淬火;10%～20%的溶液用于不锈钢的淬火;15%～25%溶液用于高速钢淬火。

⑧聚丙烯酰胺(PAM)水溶液: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。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100 mm)，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。

⑨XL－氯化锌水溶性淬火介质:介质组成主要是烷基苯的衍生物，有很高的抗氧化性和热稳定性，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)。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，由于粘度增加和不断在淬火工件表面产生沉积物，减缓热的传导，减低冷却速度，因而可降低淬火件内应力，防止开裂，并减小变形量。主要用于45钢、GCr15钢等。

⑩511水溶性淬火介质: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。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。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。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2015
【期  号】第1期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；纸浆废液；木质素磺酸盐；木素磺酸盐；烷酮；冷却速度；难闻的气味；提出物；乳化油；电镀槽
【参考文献格式】.淬火介质(八)[J].热处理技术与装备,2015,(第1期).

(11)木质素磺酸盐: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。无毒，成本低(仅为淬火油的1/160～1/240)，随着浓度增加，蒸汽膜阶段的时间会延长，冷却速度会降低。木素磺酸盐能吸附在金属表面上，形成胶体膜，使冷却速度明显降低。容易发霉，变质，影响淬火质量。它还有难闻的气味。

(12)聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液:由N-乙烯基与吡咯烷酮聚合而成，分子量5～36万(最佳为10～20万)，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、硼砂和3%以下的防腐剂)。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。缺点是使用中，分子链容易断裂，分子量降低，影响淬火质量，未广泛使用。

(13)三乙醇胺水溶液:水溶性好，可直接溶于水中。淬火浓度通常为5% ～8%，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。缺点是消耗能量较大，价格较高，淬火时会发生呛人气体。可用于中碳钢淬火。使用温度20～55℃。

(14)乳化油淬火液: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。乳化油加入水中后，可使冷却速度下降，提高蒸汽膜的稳定性，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。可用于中碳钢感应加热淬火。使用温度20～45℃。

(15)聚乙烯醇(PVA)水溶液(简称73合成淬火剂):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%，加防锈剂、防腐剂、消泡剂等。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%。使用时可加水稀释，例如稀释到含聚乙烯醇0.1% ～0.3%。冬季的浓度应比夏季的稍高，用于合金钢应比碳钢稍高。

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包裹聚乙烯醇形成的粘性膜，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，冷却速度明显加快。温度降至低温区时，聚乙烯醇粘性膜又重新形成，使冷却速度下降，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。因为在使用过程中浓度难以检测和控制，它的冷却性能变化大。易发霉发臭。溶液结冰后再融解时，粘度就会下降，冷却性能变差，感应淬火时，析出的聚乙烯醇会堵塞感应圈喷水孔，亚硝酸钠会产生致癌物质，目前国外已停用。

(4)使用方法

①换用水性淬火剂，原有的水或油系统无需大的改动。如冷却循环装置只要彻底清洗干净即可;②清洗系统时，首先排净系统中的水或油，用清洗剂及水循环清洗剂漂洗系统和管道。确认清洗干净后，排放干净。然后注入清水到正常液面的50%。再倒入水性淬火剂原液，同时搅拌，循环，再加清水至正常液面。③淬火槽壁如涂有酚树酯漆，要去除。水性淬火剂一般含有防锈剂，有短期防锈作用。使用过程中，硬水中的阴阳离子会消耗一些淬火剂中的防锈剂，当补充新液也就提高了防锈剂浓度，一般不必另加防锈剂。④不宜用电镀槽做淬火槽。软木和皮革不能用作水溶性淬火剂系统的密封材料。水性淬火剂系统中接触氨气氛的部分不能用铜制元件，否则会被腐蚀。

stove

【刊  名】 热处理技术与装备
【出版日期】2015
【期  号】第3期
【影响因子】0.6578(2023)
【关键词】淬火介质；工件温度；对流传热；膜破裂；特性温度；气膜；汽泡；特性曲线；赤热；冷速
【参考文献格式】.淬火介质(九)[J].热处理技术与装备,2015,(第3期).


(5)注意事项

淬火介质一般的管理工作包括:防止介质受污染、保证冷却系统能正常运行、按要求控制液温、水性介质要经常检测和控制其浓度，以及定期检测淬火介质的冷却特性等，应当注意以下几件事:

①更换新淬火介质前，特别是整槽更换时，一定要认真清洗淬火槽和冷却系统。不能图省事，只把原液大致放干，就倒入新液。这样沉积在槽底和槽壁上的碳黑、油泥和残留在冷却系统中的油污，都一齐混进新液中。结果，污染了整槽新液，淬火出来的工件污迹斑斑，清洗十分困难。

②防止加热炉内的碳黑污染淬火液。渗碳与碳氮共渗炉内难免产生碳黑。这些碳黑进入淬火液中，会污染淬火液。少量碳黑逐渐积累，首先损害工件的光亮性，随后影响油的冷却特性。碳黑的粒子非常小，一般是＜1 μm颗粒，因此难以用过滤和沉降的办法清除干净。目前常用的办法是定期烧掉加热炉内结存的碳黑。

③淬火介质使用中都会逐渐变质，也不可能不受污染。变质产物和外来污染物逐渐积累，都会影响到介质的使用性能，也就是都有一定的寿命。使用期限主要根据生产情况和维护的清洁程度而定，外来的污染影响也很大。到期后都应当整槽更换。水性淬火介质的寿命，不同种类的寿命相差很大。比如，聚乙烯醇类的一般不超过几个月;PAG类的一般可以使用三、五年。因此，水性介质的维护管理比油性介质要更加重视，也更费事。对超期的新溶液，使用前需复验合格后方可使用;

④浓度控制:随着淬火溶液中水性淬火剂原液浓度的增加，溶液的冷却能力明显下降。为了保证工件淬火后既达到要求的硬度又不出现淬火裂纹，就必须使淬火溶液中淬火剂原液的浓度稳定在一定范围内。在生产现场可以用折光仪监控淬火剂原液的浓度。新配制的淬火剂水溶液可用折光率读数乘2.5，即为其浓度值。在淬火剂使用过程中，折光率读数会受到系统污染的影响。为保证对槽液浓度的良好控制，应酌情定期取样测定运动粘度等性能以校正现场浓度值;

⑤温度控制:淬火溶液的温度和冷却性能有一定关系。推荐最佳溶液温度为30～40℃，不高于55℃。为了保产品质量的稳定性，淬火温度应控制在尽量窄的范围内。槽液淬火前后的温升也一般不要大于10℃。最好配备冷却循环散热成套装置，如冬天室温过低，淬火前应考虑加热槽液或适当提高浓度。

⑥为了延长溶液的使用寿命，在使用中要注意适当搅拌，通常采用泵或螺旋桨搅动散热。用泵时，溶液的流速以1 m/s以下为宜，避免空气卷入溶液内;用螺旋桨时，转速以100～450 r/min为宜。经常搅拌可防止霉菌的生成，并可使已生成的少量霉菌见光后死亡。防止霉变的另一种方法是在介质中加入适量防腐剂(如苯甲酸钠);

⑦溶液冬季不会冻结，如长期放置在室外的桶里，移进室内使用时，应来回多次滚动桶，保证混合均匀后再使用。