【文章內(nèi)容簡介】 PAG類水性淬火劑比聚乙烯醇淬火劑化學(xué)忍耐性能要好很多，混入小量的酸、堿、鹽，雜質(zhì)影響不太大，并不會立即變質(zhì)[11]，不象聚乙烯醇，特易變質(zhì)。使用過程：，可在很大范圍內(nèi)調(diào)整其冷卻能力，可以得到近于水，或介于水、油之間，以及相當(dāng)于油或者更慢的冷卻速度，以滿足不同材料和工件的淬火要求。%；且工件清潔衛(wèi)生不粘雜物，并有一定防銹能力。，初淬階段冷速較慢，在沸騰階段則冷速提高，有利于得到馬氏體，當(dāng)進(jìn)入對流階段，其冷卻能力比水要慢得多，從而可以減少工件淬火變形和開裂傾向。：這種介質(zhì)在感應(yīng)加熱淬火冷卻方面獲得比較廣泛的應(yīng)用，多用于碳素鋼、合金鋼 水基淬火劑的發(fā)展前景金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，淬火冷卻作為金屬熱處理工藝過程的重要組成部分，自始至終伴隨著熱處理的發(fā)展而不斷進(jìn)步。目前在現(xiàn)實生產(chǎn)中的淬火介質(zhì)大多都是淬火油，但淬火油中礦物油的閃點較低，在淬火過程中易產(chǎn)生濃煙甚至還會引發(fā)火災(zāi)，另外礦物油生物降解能力差，廢棄的礦物油對環(huán)境的污染的潛在威脅就很大[12]。此外，礦物油在使用中感到油的高、中溫區(qū)冷卻速度過慢，且冷卻速度無法調(diào)節(jié)，對于低淬透性鋼件淬火后易出現(xiàn)硬度不足、淬硬層深度淺等弊病。[13]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)等一系列問題引起業(yè)界越來越多的關(guān)注，因此必須重視并大力加強(qiáng)淬火介質(zhì)的研究和推廣應(yīng)用工作，積極研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、安全、無污染的新型淬火介質(zhì)，這也將是今后熱處理發(fā)展的主要方向之一。 淬火介質(zhì)的發(fā)展歷程　 水是最古老又實用的淬水介質(zhì)，但自來水作為淬火介質(zhì)存在著低溫冷卻速度太快，因而自來水淬火時工件容易淬裂、硬度不均且畸變大等問題[14]。后來人們通過往水中加入各種無機(jī)鹽、堿或其混合物，形成各種不同的無機(jī)物水溶液。雖然無機(jī)水溶液提高工件在高溫區(qū)的冷卻速度，改善冷卻均勻性，減少淬火開裂和變形，但鹽水淬火易生銹，同時堿類溶液淬火不易控制，容易灼傷操作者，硝鹽類雖不銹，但易產(chǎn)生有害氣體，損害現(xiàn)場生產(chǎn)工人的健康。隨著石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，20 世紀(jì)初人們開始使用礦物油作為淬火油，礦物油具有熱穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點，適用于壁薄、形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件，但淬火油的成本高、油污多，淬火時易引起火災(zāi)，生物降解困難等。此外，為改善淬火性能而加入的許多表面活性劑也都加大了廢液處理的難度。雖然植物油的降解性能優(yōu)于礦物油，但動植物油含有較多的不飽和脂肪酸，因水解、氧化等會產(chǎn)生羧酸、醛、酮等帶刺激性氣味的物質(zhì)，且易酸敗變質(zhì)，對環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響，因此人們不得不另外尋找新的淬火介質(zhì)。自從1952年德國人申報PVA(聚乙烯醇)專利以后，高分子聚合物開始進(jìn)入淬火介質(zhì)這一領(lǐng)域。1965年，美國聯(lián)合碳化公司最早獲得了有關(guān)PAG(聚氧化烷撐)的專利并從70年代始向全世界推廣其用于淬火介質(zhì)[15]。隨后有關(guān)對聚醚的研究越來越多，在1975年以后已經(jīng)應(yīng)用到熱處理行業(yè)，實現(xiàn)了聚合物水基淬火介質(zhì)的商業(yè)化生產(chǎn)。日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求和70 年代中期的西方石油危機(jī)，有力地促進(jìn)了聚合物淬火劑的發(fā)展，不久聚合物淬火劑PA G、ACR、PVP、PEO 也相繼出現(xiàn)，到80年代歐美市場聚醚類淬火介質(zhì)銷售就達(dá)四萬噸，日本在10幾年前的生產(chǎn)量也有了顯著的增長。 水基淬火介質(zhì)發(fā)展的現(xiàn)狀目前生產(chǎn)中有機(jī)聚合物淬火介質(zhì)已經(jīng)有一定程度的發(fā)展，生產(chǎn)中應(yīng)用的有PVA (聚乙烯醇)、PEG (聚乙二醇)、PAG (聚烷撐二醇)、PEOx (聚乙烯惡唑啉)、PVP (聚乙烯吡咯烷酮)、PAM (聚酰胺聚烯烴乙二醇)、PSA (聚丙烯酸鹽)、PMI (聚異丁烯馬來酸鹽)等。目前以PAG淬火介質(zhì)用量最大，應(yīng)用最廣泛，典型的美國DOW化學(xué)公司產(chǎn)品有UCONA、UCONHT、UCONE。其中UCONE配制的水基淬火劑性能更接近油，可作為代油的淬火介質(zhì)，備受熱處理行業(yè)關(guān)注。據(jù)估計目前約有20% 左右的淬火介質(zhì)是聚合物淬火劑[16]。以PAG為代表的水溶性聚合物淬火介質(zhì)一直以其安全性、環(huán)保、節(jié)能性等特點一直受到熱處理工作人員的高度關(guān)注和熱情期盼。一般認(rèn)為聚合物水基淬火劑具有以下的優(yōu)點：（1） 具有介于水與油之間大范圍的冷卻特點，油淬往往使工件硬度不足，而水淬由于其中低溫冷速過大容易出現(xiàn)裂紋，水溶性聚合物PAG則能克服它們的缺點，且通過對濃度、溫度和攪拌程度的控制，可以使聚合物的水溶液得到從水到油的不同的冷卻能力，能很好彌補(bǔ)了水油之間冷卻速度的空白[17]，如圖1所示；圖12 三種不同淬火介質(zhì)在不同溫度下的冷速（2） 采用水溶性淬火介質(zhì)，消除了油淬時的煙霧，大大改善了現(xiàn)場的工作環(huán)境，從而避免了火災(zāi)隱患，也沒有像鹽、堿、油等產(chǎn)生有害霧氣和飛濺、燒傷等且無毒性；（3） 從成本上來講，由于水基聚合物是在稀釋狀態(tài)使用，溶液的粘度低于油，帶出量少，所以投資和運(yùn)行成本低；水溶性淬火介質(zhì)比熱和熱傳導(dǎo)率都較油大，所以淬火溫升小，生產(chǎn)效率高節(jié)約了時間和費用；（4） 對于同一種牌號水性淬火劑，例如海明生產(chǎn)的水溶性聚合物PAG1，調(diào)節(jié)濃度可以獲得不同的效果，由表1可見，若工件用低濃度淬火易裂，可以提高濃度來改變冷卻速度。表12 海明淬火介質(zhì)冷卻曲線典型數(shù)值淬火介質(zhì)濃度Vmax(℃/s)TVmax(℃)V300(℃/s)t 600(℃)t 400(℃)t 200(℃)PAG1 3%1926248959PAG1 3%1926248959PAG1 4%1976478737PAG1 5%191651875PAG1 6%18371783458PAG1 7%1817167858PAG1 8%1827307138PAG1 9%162669698（5） 水溶性聚合物淬火劑能適應(yīng)不同鋼種的需要，和油比較，耐污染的能力較強(qiáng)，對淬火工件及淬火設(shè)備無腐蝕，工件無需后序清洗；和水相比，對很多材質(zhì)和各種類型工件，PAG類水性淬火劑消除了水淬時的軟點等[18]，不同淬火介質(zhì)的淬火強(qiáng)度見表2。表13 不同淬火介質(zhì)的淬火強(qiáng)度介質(zhì)類型淬火介質(zhì)H水鹽水2～5清水～2水基聚合物淬火劑PAG～2ACR～PVP～PEO～2淬火油快速油～中速油～常規(guī)油～熱油～此外，聚合物淬火介質(zhì)老化后的排放很方便，只需加熱將聚合物析出或采用超細(xì)過濾方法濾掉聚合物即可排放。使用濃度低時也可直接加水將COD值降低到標(biāo)準(zhǔn)以下進(jìn)行排放。隨著人們對水溶性聚合物淬火介質(zhì)認(rèn)識的加深，冷卻過程工藝檢測控制水平的提高，以及控時浸淬技術(shù)的推廣應(yīng)用，水溶性聚合物淬火介質(zhì)將有廣闊的應(yīng)用前景[19]。然而，目前水基聚合物在熱處理應(yīng)用上還尚存在著很多問題：（1） 鋼材在空氣中的氧化皮在水溶性淬火介質(zhì)中淬火比油淬時更加容易剝落，影響了工件的潔浄性，由于氧化皮不能正常除去，在工作液中長期積累會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。（2） 水溶性聚合物淬火液是微生物生長的環(huán)境，細(xì)菌以有機(jī)物為原料并催化其發(fā)生變化，加速了淬火液的老化，縮短淬火介質(zhì)服役壽命；另外細(xì)菌的不斷積累，可能堵塞過濾系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的正常工作，甚至能與現(xiàn)場工人有皮膚接觸，危害現(xiàn)場生產(chǎn)者的身體健康。（3） 在密封爐中使用過程中，尚未圓滿解決水氣對爐氣的污染問題，等溫和分級淬火到目前為止尚離不開油和硝鹽浴。聚合物淬火介質(zhì)鹽份對介質(zhì)濃度的測量會帶來誤差，且加劇介質(zhì)的老化和腐化。因此，要全面實現(xiàn)以水溶性聚合物淬火，還必須重視并大力加強(qiáng)對淬火冷卻的基礎(chǔ)理論研究，不斷改進(jìn)和提高原有淬火介質(zhì)的性能，從理論上到現(xiàn)實生產(chǎn)中真正做到以水代油，不斷的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。 水基淬火介質(zhì)發(fā)展前景水溶性代油淬火介質(zhì)研制的不斷成功，使水溶性淬火介質(zhì)有著廣闊的發(fā)展前途。隨著人們對水溶性聚合物淬火介質(zhì)認(rèn)識的加深，冷卻過程工藝檢測控制水平的提高，以及控時浸淬技術(shù)的推廣應(yīng)用，其在熱處理領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。國外正在積極開展環(huán)境友好熱處理介質(zhì)的研究和開發(fā)工作，一些公司如好富頓公司、德國德潤寶公司已取得了很好的成就，水溶性聚合物淬火介質(zhì)在國外已經(jīng)占有很大的市場，如美國DOW化學(xué)公司產(chǎn)品UCON A、UCON HT、UCON E等。近期以來，對生產(chǎn)安全和環(huán)保的重視日益提高，節(jié)能意識越來越強(qiáng)，同時由于聚合物的生產(chǎn)質(zhì)量、聚合物淬火介質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)的日益進(jìn)步和應(yīng)用案例經(jīng)驗的不斷積累，為聚合物淬火劑的擴(kuò)大推廣應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。近10多年來，國內(nèi)在推廣應(yīng)用水溶性聚合物淬火介質(zhì)上取得了一定認(rèn)識和經(jīng)驗，在使用水溶性聚合物淬火介質(zhì)上，業(yè)界已經(jīng)掌握了一定的技術(shù)，特別是在現(xiàn)場使用時濃度的選用等，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用水溶性聚合物淬火介質(zhì)提供了可靠的技術(shù)支持。然而發(fā)展過程多有曲折，市場占有率增長緩慢，推廣應(yīng)用的廣泛程度與國外相比，有著很大差距。因此我們要加強(qiáng)對有機(jī)聚合物淬火劑的研究，密切注視和分析國外的發(fā)展動態(tài)，跟蹤國際上新型有機(jī)聚合物的研究和應(yīng)用成果，研制生產(chǎn)出具有優(yōu)異熱處理性能的新型有機(jī)聚合物淬火劑。 本文所研究的內(nèi)容在環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)越來越引起人們重視的今天，油品所帶來的環(huán)境污染問題已得到一些國家和政府的高度重視，人們對熱處理介質(zhì)的要求也越來越高，開發(fā)研究環(huán)保、無毒無害的熱處理介質(zhì)已成為業(yè)界關(guān)注的問題。同時，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)極為重視這一工業(yè)污染的防治，決定在世界范圍內(nèi)推行清潔生產(chǎn)。水溶性聚合物淬火介質(zhì)在生產(chǎn)中不僅提高了工件的熱處理性能和生產(chǎn)效率，還能有效的減少了環(huán)境污染和生產(chǎn)中的安全隱患，為環(huán)保和清潔生產(chǎn)提高了可靠的基礎(chǔ)[20]。中國在淬火介質(zhì)應(yīng)用方面與國外差距很大，淬火介質(zhì)的應(yīng)用是熱處理行業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)給予重視和加強(qiáng)，目前我們已逐漸從單純進(jìn)口國外產(chǎn)品到國內(nèi)介質(zhì)生產(chǎn)廠家自行研制開發(fā)的轉(zhuǎn)變，這無疑將我國的熱處理冷卻技術(shù)及工藝材料的發(fā)展起著積極的作用。本文所研究的內(nèi)容就是用水玻璃水溶液代替油來淬火40Cr連桿，既安全衛(wèi)生又節(jié)省資本，最重要的是能得到更好的馬氏體組織，得到回火索氏體或下貝氏體[21]。第二章 實驗 實驗材料與設(shè)備 實驗材料本實驗需要用到具有降低冷卻速度的水玻璃（即Na2SiO39H2O），提高冷卻速度的氯化鈉和碳酸鈉以及作用為均勻懸濁液的氫氧化鈉做水基淬火液的溶質(zhì)，自來水做溶劑，若干實驗用的40Cr連桿。熱處理加熱爐； Nikon EPIPHOT300金相顯微鏡；Q3A型試樣切割機(jī)；PG2C型金相試樣拋光機(jī)；打磨機(jī)；根據(jù)各溶質(zhì)的性質(zhì)決定，先配出一種淬火液，然后用它來對40Cr連桿淬火，看結(jié)果如何，是否能達(dá)到相要的力學(xué)性能，根據(jù)結(jié)果再重新調(diào)整淬火液的成分制定淬火液配制方案。方案一溶質(zhì) 質(zhì)量（g）