YS-PAG水溶性聚合物淬火介質
南 京 航 空 航 天 大 學 淬 火 冷 卻 技 術 室
山 東 優 加 特 潤 滑 油 有 限 公 司 技 術 部
1.前言
YS-PAG水溶性聚合物淬火介質屬高分子液體聚亞氧烷基乙二醇(聚乙二醇PAG)多羥基化合物,原料全部為BASF公司在美國生產,具有優異的成膜性能和化學穩定性,無腐蝕和不起泡,在通常的使用或儲存條件下,不受水解、細菌、氧化或加熱的影響。
YS-PAG易溶于水,冷卻性能隨使用濃度的變化而改變,適用于合金鋼工件感應加熱噴射淬火、碳鋼和低合金鋼工件整體淬火以及鋁合金固溶處理。
2.產品性能
2.1.產品組成
YS-PAG水溶性聚合物淬火介質,是以環氧乙烷(EO)和環氧丙烷(PO)為單體原料,經雙金屬聚醚(MMC)催化共聚精制而成,屬陰離子線性結構的聚二醇類聚合物淬火介質。
2.2.物理性能
YS-PAG水溶性聚合物淬火介質產品規格及典型物理性能如下:
表1 YS-PAG水溶性聚合物淬火介質物理性能(實測值)
性 能 | 指 標 | 檢測標準 |
外觀 | 淺黃色清亮粘稠液體 | ASTM D1209 |
20℃相乘系數* | 2.5 | ASTM D1747 |
相對密度(20℃), g/cm3 | 1.07 | ASTM D1963 |
運動粘度(40℃), mm2/s | 280 | ASTM D455 |
相對分子質量 | 30000 | ASTM D3392 |
pH值 | 9.5 | ISO 4316 |
濁點 ℃ | 80 | ISO 4320 |
*表示溶液的折光特性,相乘系數2.5指每增加2.5%的濃度使伯利糖度數增加1.0
2.3.冷卻性能
YS-PAG不同濃度的淬火介質冷卻曲線和特性曲線。
圖1 YS-PAG冷卻曲線和特性曲線
編號 | 使用 濃度% | Vmax (℃/s) | TVmax(℃) | V300℃ (℃/s) |
43 | 0 | 200 | 703 | 74 |
42 | 5 | 162 | 696 | 60 |
46 | 10 | 141 | 667 | 44 |
47 | 15 | 116 | 637 | 32 |
48 | 20 | 97 | 636 | 34 |
表2 YS-PAG冷卻性能指標
2.4.使用性能和局限
本產品可用于碳素鋼、低中合金結構鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼制工件的整體熱處理淬火和感應加熱表面熱處理淬火。
本產品可用于鋁合金固溶處理淬火。
本產品不適用于有二次硬化特性鋼件(如高速鋼和冷熱模具鋼)的淬火。
由于溶入鹽會影響淬火介質的冷卻性能和性能控制,除特殊條件外,本產品不適用于經過鹽浴爐加熱后工件的淬火。
用于成批工件的淬火,同批淬火工件之間應保持足夠的距離,或以分散撒入方式進入淬火介質中,避免因工件相互堆垛產生局部軟塊。
3.使用方法
3.1.使用參考濃度
3.1.1.感應加熱表面熱處理淬火使用濃度的確定
PAG對紅熱工件表面極好的潤濕性使其成為當今最廣泛采用的感應加熱淬火介質。大量試驗和生產經驗證明,YS-PAG淬火介質用于工件感應加熱后的噴淋淬火可以避免淬火裂紋出現并獲得更高更均勻的表面硬度和更深的硬化層深度。各類齒輪、曲軸、凸輪軸、軋輥,絲杠等的感應加熱淬火,都可以使用YS-PAG淬火介質。
試驗研究和生產經驗表明,熱處理工藝參數的波動,如工件加熱溫度、淬火介質使用濃度和淬火介質噴淋烈度等參數變化對工件的淬火硬度和硬化層深度有一定影響。
各類鋼件的感應加熱淬火,可視其鋼種和要求在以下范圍確定合適的使用濃度:
感應加熱噴淋淬火 YS-PAG 3 ~ 8%
感應加熱后浸淬 YS-PAG 6 ~ 10%
碳含量低、淬透性不高的鋼件宜選濃度范圍的下限,而碳含量偏高或淬透性較高的鋼件宜選用濃度范圍的上限。
3.1.2.整體熱處理淬火使用濃度的確定
合金鋼工件應優先考慮采用淬火油淬火,可避免工件淬火開裂,減小工件淬火變形;如需提高淬火工件表面硬度,增加淬硬層深度,優化環境,可考慮采用聚合物淬火介質代替淬火油。
各類鋼件的整體加熱淬火,可視其鋼種和要求在以下范圍確定合適的使用濃度:
危險尺寸碳鋼工件淬火 YS-PAG 5 ~ 10%
大中尺寸低合金鋼工件淬火 YS-PAG 10 ~ 15%
淬透性不高的鋼件宜選濃度范圍的下限,淬透性較高的鋼件宜選用濃度范圍的上限。
3.1.3.鋁合金固溶處理的使用濃度確定
時效硬化鋁合金經過固溶加熱后需要足夠快的淬火冷卻才能保證晶界上不發生沉淀析出。高強度鋁合金,固溶加熱后的冷卻速度越快,時效后的機械性能就越好。但是,過快的淬火冷卻速度可能在工件不同部位間引起大的內應力而造成不規則的變形翹曲。因此,理想的淬火介質不僅應當有適當快的冷卻速度,還要能很好的潤濕鋁合金工件的整個表面,以便實現不同部位的均勻冷卻,減小變形翹曲。生產應用表明,若用自來水淬火的變形量為100%,采用5~10%濃度YS-PAG水溶液淬火的變形量可以減少到其15%以內。
3.2.淬火介質的配制
新配淬火介質前,應將淬火槽和循環冷卻系統充分清洗干凈。如果原系統用過油,必須用工業清洗劑清洗。
配制淬火介質的水可直接采用普通自來水,YS-PAG和水比重相近,配制時采用體積計量或重量計量結果無差別。
從熱處理操作上看,YS-PAG淬火介質的使用方法和水淬火基本相同,只是鋼件的淬火加熱溫度可以比油淬時低些,但可以比自來水淬火時稍高些。
使用YS-PAG淬火介質要注意測量并控制好它的使用濃度。
3.3.濃度測量、液溫控制和淬火液的攪動
生產現場采用手持式折光儀測試YS-PAG淬火介質使用濃度。折光儀讀數乘上2.5,即是YS-PAG淬火介質的重量百分比濃度。如折光儀的讀數為4.0,該淬火介質的使用濃度就是2.5×4.0=10.0%。以此類推。
使用時間較長、污染較嚴重的淬火介質請采用冷卻曲線修正折光系數(可由我所免費測試)。
液溫變化對淬火介質冷卻特性有較大的影響。水溫升高,工件與水的溫差就減??;溫差小,淬火工件周圍的水容易達到沸騰溫度,蒸汽膜階段就長;蒸汽膜階段增長,進入沸騰階段的溫度就低,沸騰階段的冷卻速度降低。
YS-PAG淬火介質的允許使用溫度為常溫,最高不超過50℃。為了獲得更加均勻的淬火冷卻效果,生產中宜將液溫控制在較窄的范圍,
工件在淬火液中攪動或是淬火液循環流動都可以增加淬火液之間的流速,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,攪動和循環產生的相對流速不宜過大,通常不超過0.6m/s。
3.4.介質的防銹性能
YS-PAG不含防銹劑,調配淬火介質時添加0.2-0.5%亞硝酸鈉(在食品級安全范圍內),可有效防止淬火槽和淬火工件的銹蝕。
添加低濃度亞硝酸鈉對YS-PAG運動粘度和冷卻性能影響不大。
圖2 添加NaNO2對YS-PAG運動粘度的影響
圖3 添加NaNO2對YS-PAG冷卻性能的影響
4. 維護管理方法
所有淬火介質在使用中都會受到污染。污染有的來自外部,屬于外部污染;也有的來自淬火介質自身的變化產物,屬于自身污染。淬火介質受到的外來污染主要有工件帶入的氧化皮、灰塵、油類等。氧化皮及其他不溶于水且比重大于水的污染物通常沉降到淬火槽底部,其存在一般不影響淬火介質的濃度測量,也不影響其冷卻特性,量多時只要定期過濾清除,就能保證正常生產。
YS-PAG的采用高溫高壓合成,其相對分子質量高達27000,是目前雙金屬聚醚催化共聚工藝所能達到的最高分子量,其熱穩定性高,在使用中不易裂解。請定期測試冷卻曲線,確定淬火介質的修正系數。
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技術:15864956779 楊慶超