金潤寶ZFQ-B型聚合物淬火介質(zhì)熱處理冷卻技術(shù)

1、前言

洛陽金潤寶科技有限公司的ZFQ-B型聚合物淬火介質(zhì)，在內(nèi)有多年的成功使用經(jīng)驗(yàn)，它是種目前世界上應(yīng)用廣泛的環(huán)保不可燃淬火劑。上世紀(jì) 70 年代以來，外熱處理界在聚合物淬火劑的應(yīng)用方面，取得了很大成功。在內(nèi)也早在上世紀(jì) 90 年代起，開始小規(guī)模應(yīng)用進(jìn)口的聚合物淬火劑，其代表產(chǎn)品型號(hào)有好富頓 AQ251、聯(lián)碳公司（現(xiàn)改為陶 氏）UCON 系列，以及德潤寶 PF2000。大連起重礦山機(jī)械廠于 1995 年起 使用陶氏 UCNOE 淬火劑，已有 23 年的經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)服務(wù)直由丁得剛 教授負(fù)責(zé)。實(shí)踐證明，這種淬火劑不但環(huán)保、無煙、不起火、工件不開裂，而且大幅度提高了鋼材的力學(xué)性能，所以受到了用戶的歡迎，目前大連地區(qū) UCON 系列淬火劑得到大面積的推廣。

進(jìn)入上世紀(jì) 90 年代，內(nèi)些淬火介質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)開始仿制聚合物淬火劑，洛陽金潤寶科技有限公司，在吸收內(nèi)外聚合物介質(zhì)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，推出了 ZFQ 系列環(huán)保無煙，不可燃水基淬火液。獲得內(nèi)用戶的信賴和歡迎，目前內(nèi)熱處理界普遍認(rèn)同用環(huán)保不可燃無煙聚合物水溶液 代替淬火油，是淬火介質(zhì)熱處理冷卻技術(shù)的革命。

2、聚合物淬火介質(zhì)工作原理

把聚合物水溶液代替淬火油當(dāng)做淬火介質(zhì)的主要驅(qū)動(dòng)力，是因?yàn)樗鼪]有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，沒有煙塵和合乎環(huán)保要求。油是很粘稠的，比水有更高的沸點(diǎn)，熱交換理論告訴我們，油所以能減少裂紋傾向，是因?yàn)樗哂懈叩恼扯?，從而降低了熱交換系數(shù)，對(duì)于許多鋼而言，減少了馬氏體形成區(qū)的冷卻速度（熱交換率是隨著粘度的增加呈指數(shù)遞減的）。同樣的邏輯，被用于聚合物淬火介質(zhì)的開發(fā)，用以替代油。

我們知道，多種聚合物是有的稠化劑，經(jīng)過多年的研究，聚烷氧化物通常叫聚烷撐乙二醇（PAG），搶占了人造淬火介質(zhì)的 大市場份額。

上述聚合物具有的逆溶性（通常稱為濁點(diǎn)應(yīng)）。它在室溫下完 溶于水，呈清澈的均勻水溶液，而在高溫下，聚合物在水中析出呈不溶解相，當(dāng)冷卻下來時(shí)，聚合物又重溶于水，再次形成均勻水溶液。這個(gè)過程是完可逆的。根據(jù)上述機(jī)理，當(dāng)熱金屬淬入聚合物淬火介質(zhì)水溶液時(shí)，液狀聚合物膜會(huì)包圍，沉積在熱金屬表面，該金屬冷卻速率就部分通過富含聚合物膜的熱傳導(dǎo)性得到控制。聚合物介質(zhì)的濃度決定了這層膜的厚度（濃度越大，膜越厚，冷卻速度越慢），所以調(diào)節(jié)介質(zhì)的濃度，使聚合物淬火介質(zhì)的冷卻速度在很寬范圍內(nèi)變化，可以從水到慢速淬火油。

3、聚合物淬火介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

聚合物淬火介質(zhì)比淬火油有許多優(yōu)點(diǎn)：

3.1 消除火災(zāi)

聚合物淬火介質(zhì)，完消除了油的火災(zāi)危害，根據(jù)美家防火協(xié)會(huì) （NFPA）測定，衛(wèi)生=1，可燃性=0，活化度=0，聚合物淬火介質(zhì)，還被工 廠互助研究協(xié)會(huì)批準(zhǔn)為無害淬火劑，因此，取消了防護(hù)設(shè)備即不需要滅火車和節(jié)省火災(zāi)保險(xiǎn)費(fèi)用，以及購置油煙收集及凈化處理設(shè)備的費(fèi)用。

3.2 改善生產(chǎn)環(huán)境 聚合物淬火介質(zhì)不產(chǎn)生煙霧，淬火時(shí)很少產(chǎn)生蒸汽，而且淬火劑抑制細(xì)菌繁殖，長期使用不發(fā)臭，不變質(zhì)，所以生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生，經(jīng)生態(tài)毒理試 驗(yàn)表明，對(duì)生物基本無毒。

3.3 操作安淬火介質(zhì)中的防銹劑，對(duì)生物基本無害。

3.4 靈活性通過控制濃度，溶液溫度和攪拌速率，可獲得 佳的操作條件，經(jīng)調(diào)整這些參數(shù)可在單浴槽中，得到很寬的淬火烈度范圍。

3.5 降低操作成本由于消除了軟點(diǎn)，控制了變形和開裂，降低了輔助加工成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。淬火工件清洗十分容易，任何殘留的介質(zhì)，在超過攝 340 度回火爐，會(huì)蒸發(fā)干凈。如果用淬火油清洗很困難，回火中會(huì)產(chǎn)生大量油 煙。

3.6 淬火介質(zhì)成本較低水溶性淬火劑在使用中主要添加的是水，以補(bǔ)充蒸發(fā)損失部分。這種介質(zhì)帶出量少。而受到較重污染的淬火溶液，可以通過加熱分離和過濾分 離等技術(shù)得到重復(fù)使用。

3.7 維護(hù)和保存容易用水溶性淬火劑，使得設(shè)備維護(hù)和工廠清潔十分容易，工作場地非常干凈，如果是淬火油肯定是生產(chǎn)車間臟亂差的地方。

3.8 大幅度提高鋼材的力學(xué)性能根據(jù)內(nèi)外有關(guān)報(bào)道，比較淬火油，用聚合物介質(zhì)水溶液，經(jīng)淬火后，工件表面硬度和心部硬度都有定程度提高。

根據(jù)丁得剛教授的研究發(fā)現(xiàn)（見《重型卸扣用鋼研究——UCONE 淬火介質(zhì)在 34CrNilMoA 鋼上的應(yīng)用》）,直徑 260mm，34CrNilMoA 試樣經(jīng)聚 合物介質(zhì)水溶液淬火后具有優(yōu)良的力學(xué)性能：Rm 970 mpa，Rp0.2 850 mpa，A18%，Z63%，AKv（-20 0C）68J。相應(yīng)油淬火力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)（直徑 100-300mm）為 Rm>=765mpa，Re>=635mpa，A>=14%，Z>=63%。在塑性指標(biāo) （A 和 Z）基本相同條件下，用聚合物介質(zhì)淬火的抗拉強(qiáng)度比油淬火的標(biāo) 準(zhǔn)值提高 1.27 倍。而屈服強(qiáng)度則提高 1.34 倍。

所以，用聚合物介質(zhì)淬火充分挖掘了鋼材的潛力，如果零件尺寸不變，則提高了零件安系數(shù)。如果條件許可，則可以減少零件的尺寸，減輕零件重量，降低了零件成本。丁得剛教授還認(rèn)為，如果鋼材采用聚合物介質(zhì)代替油做淬火介質(zhì)之后，對(duì)鋼材的標(biāo)準(zhǔn)中的力學(xué)性能應(yīng)進(jìn)行升處理。由此帶來的經(jīng)濟(jì)益將十分驚人。

聚合物淬火介質(zhì)也有缺點(diǎn)，即對(duì)不同碳當(dāng)量的鋼種，要求不同的聚合物濃度。給用戶造成不便。例如：臺(tái)網(wǎng)帶爐既要處理 45 碳鋼零件，又要處理 40Cr 鋼零件，則需要兩種濃度淬火液。這種情況下，就需要準(zhǔn)備兩個(gè)淬火液貯槽，個(gè)為低濃度，另個(gè)為比較高濃度，輪流使用。

4、金潤寶 ZFQ 系列水基淬火液

金潤寶 ZFQ 系列水基淬火劑分五大系列，即 A 型，B 型（又細(xì)分Ⅰ 型和Ⅱ型），C 型，D 型和 E 型。

這些系列產(chǎn)品的點(diǎn)是使用時(shí)無毒，不燃燒，無煙霧，無火災(zāi)危險(xiǎn)，無污染，不老化，使用壽命長。在使用中，只需補(bǔ)充原液，無需整槽更換。

用 300 0C 冷卻速度進(jìn)行淬火介質(zhì)冷卻性能定。理論和經(jīng)驗(yàn)告訴我 們，淬火介質(zhì)的 300 0C 冷卻速度對(duì)多數(shù)鋼件淬裂與否起著決定性作用。 為此，選用 300 0C 冷卻速度值來對(duì)淬火介質(zhì)定。把常用淬火介質(zhì)在 300 0C 冷卻速度從300C冷卻速度從<10C/S到110C/S 分成11,即從0,10，20，30....100。PAG淬火劑15%的別是20-60(因不同品種而不同)，快速淬火油是0-20(因品種而不同)。對(duì)不同鋼種，選擇淬火劑別的建議，如表1。

從冷卻性角度講，比較理想的淬火介質(zhì)在冷卻初期，冷卻速度稍慢些，避免處于奧氏體和過冷奧氏體狀態(tài)的工件因冷卻速度快，收縮急劇 而發(fā)生彎曲畸變；在過冷奧氏體不穩(wěn)定的區(qū)間（珠光體轉(zhuǎn)變曲線“鼻子”處的 600-400℃），希望快冷，避免發(fā)生珠光體類轉(zhuǎn)變；又希望進(jìn)入 馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（Ms 點(diǎn)以下），冷卻速度愈慢愈好，緩解馬氏體轉(zhuǎn)變體積 膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，防止開裂和減小畸變。對(duì)于珠光體轉(zhuǎn)變滯后貝氏體轉(zhuǎn) 變突出的些鋼種，為了避免在冷卻時(shí)產(chǎn)生上貝氏體而出現(xiàn)脆性，要求淬 火介質(zhì)在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 350-400℃有較快的冷卻速度。作者認(rèn)為：除了用 300℃冷卻速度進(jìn)行淬火介質(zhì)冷卻性能定外還要加入從 300℃到 200℃ 時(shí)的冷卻所用時(shí)間。300℃到 200℃時(shí)的冷卻所用時(shí)間越長，工件淬火引 起的內(nèi)應(yīng)力越小越不易淬裂。作者認(rèn)為，對(duì)般中小熱處理企業(yè)，常見的 中碳低合金鋼，如 40Cr，40CrMo ,選用淬火劑以 30-45 為宜，即淬火 介質(zhì) 300 0C 冷速在 30-45 0C/S。對(duì)多用爐滲碳件可選用 10-20 淬火劑。

利用以上概念，作者列出了“金潤寶 ZFQ 系列水基淬火介質(zhì) 300 0C 冷卻速度譜系”見表 2。對(duì)用戶選擇介質(zhì)型號(hào)具有指導(dǎo)意義。

表 2 金潤寶 ZFQ 系列水基淬火介質(zhì) 大冷卻速度和在 300℃冷卻速度及從 300℃到 200℃冷卻時(shí)間譜系