烟台水溶性pag淬火液
(开题报告)PAG水溶性淬火介质冷却特性的研究
一、国内研究现状
PAG水溶性淬火介质自1965年获得专利以来, 在国外工业界 已有40多年的使用经验。上世纪90年代初，此类产品才开始 在我国逐步推广应用。
1999年，王琪针对生 产中出现的问题，测 试了一定范围内不同 含油量的JYS-20PAG水 溶性淬火介质冷却特 性以及生产现场使用 的PAG淬火介质冷速 变化情况，并进行了 分析 2006年，陈希原根据 多年现场技术服务的 亲身体会和实践经验 , 概括地介绍了PAG淬 火剂的选择、使用条 件、使用要点及维护 管理 2011年7月，姜聚满 ，王莎莎，杨秀成， 夏丹凤分析并对比 了PAG水溶性淬火介 质与淬火油对环境 的友好程度、使用成 本和安全
PAG
水 溶 性 淬 火 介 质 冷 却 特 性 的 研 究
试验材料、设备、药品
一、试验设 备
JBW-300微机控制 摆锤式冲击试验机
XQ-2B
PAG
水 溶 性 淬 火 介 质 冷 却 特 性 的 研 究
型 金 相 镶 嵌 机
FDH-2801 (热处理)淬火介 质冷却特性测定仪
MP-2B金相试样磨抛机
VMD-P300B 型
金 相 显 微 镜
游标卡尺
Q-3A试样切割机
试验材料、设备、药品
二、试验材料与药品
45号钢、蒸馏水、5%PAG水溶性淬火剂、乙醇、腐 蚀液：4%的硝酸酒精（96ml酒精+4ml硝酸）。 PAG 水 溶 性 淬 火 介 质 冷 却 特 性 的 研 究
PAG工作液的配置
使用蒸馏水配制PAG工作液。自来水、地下水 或其他水源的硬度可能偏高, 会降低工作液的有效浓 度。由于45号钢为中碳调质结构钢，工作液的工作 温度较低，在第一次选用PAG水溶性淬火介质时可 配置浓度为5%的PAG工作液。将PAG工作液放人淬 火槽中,再加入所需要的水,搅拌至均匀,测定浓度达 标后即可使用。如果尚未达标,可微调后使用。
PAG水溶性淬火介质与淬火油分析比较_姜聚满
20 世纪 90 年代， PAG 水溶性淬火介质进入中国 ， 热处理行业 代替了部分传统的淬火油。 其优点为： 工 无油腻感， 不燃烧， 无烟气， 无火灾危 作环境清洁卫生， ； ， 、 险 淬火灵活性强 通过控制淬火介质浓度 温度、 搅拌 循环等参数， 实现从水到油之间的冷却速率， 以满足中 高碳钢， 中低合金钢、 高合金钢和渗碳钢的热 低碳钢、 PAG 水溶性淬火介质代替淬火油 处理要求。 近年来， 应用比例和领域迅速增加。 例如： 某公司将 PAG 水溶 性淬火介质， 成功应用在 4Cr5MoSiV1 （ H13 ） 不锈钢芯 棒的热处理上， 还有将某公司的 PAG 水溶性淬火介 2Cr13 、 13Cr 等不锈钢的工艺上。 本 应用在 1Cr13 、 质， 文分析了 PAG 水溶性淬火介质与淬火油对环境的友 使用成本和安全。 好程度、
4 入清洗工序中， 即近 3. 65 × 10 t， 产生有害物质 （ 废 7 3 ） 2. 61 × 10 m （ 淬 火 油 燃 烧 产 生 废 气 3. 65 × 气 4 3 715 m3 / t） ， 其中 CO 为 2. 61 × 10 m ， 质量： 32. 6 t； CO2 5 3 3 为 3. 132 × 10 m ， 质 量 615. 2 t； SO2 为 694. 3 m ， 质 ： 1. 984 t 。 量
热处理车间使用淬火油在大型及超大型工件刚放入瞬间及停电等情况下工件都会露出淬火油面一部分产生明火处理不当就会发生火灾据不完全统计我国每年因使用淬火油引起的火灾达上千起不仅经济损失很大对操作者身心健康都有较大影响而采用水性淬火介质就无后顾之忧了
DOI:10.13251/j.issn.0254-6051.2011.07.037
应加强通风， 并降低零件出液温度。
淬火介质
淬火介质水性淬火剂THIF-502水性淬火剂，即常说的PAG淬火液，是目前热处理常用的水性淬火介质，浅黄色透明液体，无毒，无油烟，不燃烧，无火灾危险，使用安全，改善劳动环境。
水性淬火剂广泛应用于锻钢、铸铁、铸钢及冲压件等的淬火，适用于35CrMo、42CrMo、42SiMn、40Mn、T8、65Mn等多种材质。
水溶性淬火剂THIF-501水溶性淬火剂，即聚乙烯醇淬火剂，无色至浅黄色半透明液体，使用安全。
水溶性淬火剂广泛应用于感应加热淬火冷却，多用于碳素钢、合金钢的高频、中频淬火冷却，或整体淬火，适用于Cr12、45Cr、40CrMnMo、40CrMo、45Mn2、35CrMo、42CrNi、45CMnB等材质。
无机淬火剂THIF-505无机淬火剂是高分子无机聚合物饱和溶液，可完全与水溶合，无味，不腐蚀，不易变黑变臭，不老化，抗污染性强，高温不分解。
广泛应用于各类炉型加热的各类钢件(高速钢类除外)的整体浸淬、感应加热工件的整体浸淬和喷液淬火，适用于35、20、T8、20Cr、5Cr、40、50、35CrMo等材质。
快速光亮淬火油THIF-511快速光亮淬火油是热处理常用的油性淬火介质，冷却速度快，性能保持连续稳定，工件淬火后表面光亮不黑，积碳小，淬硬层深，变形量小，工件带出消耗量小，较易清洗，金相组织、机械性能好。
快速光亮淬火油广泛应用于所有钢材尤其是厚、大型工件、淬透性差的零件淬火时发挥优良淬火性。
齿轮淬火油THIF-512齿轮淬火油具有光亮性好，异味、烟雾小，工件淬火后表面硬度高且均匀，光亮性好，使用寿命长，易清洗。
齿轮淬火油适用于中、高淬透性的小零件的光亮淬火或渗碳淬火。
广泛应用于渗碳螺丝、标准件、织针、齿轮、轴承钢丸、套圈等淬火。
注意不要混入水分。
超速淬火油THIF-516超速淬火油对几乎所有钢材尤其是淬透性差的零件淬火时发挥优良的淬火性。
当用空气间歇炉进行紧固件、螺丝、链条、工具等碳素钢或低合金钢小物件物品的团体淬火时。
PAG淬火液
PAG是英文名称的缩写，PAG是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的共聚物，调整两者的比例，可以得到70~88℃的逆溶点。
逆溶现象指的是：随温度的上升，溶解度下降，所以称为逆溶。
到达某一温度时溶质开始从溶液中析出，该温度称为逆溶点。
由于逆溶性的存在，工作在淬火时，经过蒸汽膜阶段、沸腾阶段后，工件周围的液体温度高于逆溶点，PAG析出并在工件表面形成一个PAG的溶质膜。
PAG的浓度越高，该膜就越厚，溶液从工件吸热的能力就越差。
这就是PAG降低低温区冷却能力的机制，即控制PAG的浓度就可以控制PAG 溶质膜的厚度，从而得到比较理想的低温区冷却能力。
引起紧固件淬火开裂的主要原因是在钢开始发生马氏体转变（MS）点及在此以下的温度范围冷却过快。
由于这样的原因，水溶性淬火介质通常就以零件冷却到300℃时的冷却速度来表示该淬火液的冷却特征。
考虑到高强度紧固件多数选用中碳结构钢的MS点在300℃附近，故选用好富顿AQ251等PAG类淬火液。
简单说，它在300℃冷却速度低，其防止螺栓淬裂的能力就强，而在300℃冷却速度高，其淬硬能力也高，当然螺栓淬裂倾向大。
PAG淬火液的使用特点是冷却特性可调，浓度测控容易。
由于液温对冷却特性影响较大，使用PAG淬火液时，应当配备完整的循环冷却系统，以便在使用中调节液温50℃以下正常使用。
浓度一定时，液温升高冷却速度会降低。
为了获得尽可能前后一致的淬火冷却效果，应当将淬火介质的温度控制在更窄的范围25℃--35℃，如果由于天气原因，严格控制液温有困难，也可以通过改变浓度来调节淬火冷却速度。
比如，夏天气温高，冷却系统一时不能将淬火液温度降到规定范围，可以向其中多加些自来水，以便提高淬火冷却速度；冬天液温过低，可以靠通入高温水蒸汽加热淬火液或通过提高浓度来降低淬火冷却速度。
一些含碳量低≤0.20%-0.35%的碳素结构钢，淬透性差且形状简单的螺栓、螺母的调质淬火，往往可以用自来水，可以节省生产成本。
PAG淬火液
PAG淬火液使用淬火剂30度10%浓度曲线图PAG淬火液,是由聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合物加添加剂中的水溶剂的水溶性淬火介质.聚烷撑二醇是一种环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物,简称PAG.PAG淬火剂是当前国内外使用得最普遍和使用效果最好的水性淬火介质。
这类淬火介质在上世纪80年代中期开始进入我国热处理行业。
因为实际生产应用效果良好，很快就在一定范围内推广开。
但也出过这样一类问题：一些工厂开始时用得好，有的甚至发表了文章。
但过了不久，采用的相同的浓度，却有少量工件淬裂；继续用下去，淬裂的比例还逐渐增多。
找不到淬裂的原因，最终不得不停用。
究其原因，是不了解PAG淬火液在使用中的变化规律，因而没能采取相应的应对措施。
淬火液中的PAG聚合物本身相当稳定，在一般的使用条件下几乎不会被氧化分解，也不会和遇到的酸碱物质发生反应。
那么，问题出在什么地方？后来，经过研究发现，上面谈到的问题，实质上是使用中的有效浓度的测定方法问题。
PAG淬火剂是以PAG聚合物为主，加上其它提供辅助性能的添加剂而制成的。
在工件淬火过程中，工件周围的液温一旦升到溶液的浊点以上，PAG聚合物就从溶液中脱溶出来，以细小液珠形式悬浮在淬火液中。
悬浮的PAG液珠一接触到红热工件，就靠其非常好的润湿性粘附到工件表面上，成富水的包膜把工件包裹起来。
PAG淬火介质就是靠这种包膜来调节水的冷却速度，避免工件发生淬火开裂的。
工件冷却下来后，黏附在工件上的聚合物又会回溶到淬火液中。
回溶需要时间，而生产中往往等不到聚合物回溶干净就将工件从淬火液中取出。
这样，工件带出的液体中PAG聚合物含量往往高于所用淬火液中的含量。
长期、大量工件淬火后，淬火液中PAG的相对浓度就必然逐渐降低，而其它添加剂组份的浓度却逐渐相对升高。
因为只有PAG才有调节水的冷却特性的作用，它的浓度降低就相应降低了淬火液调节冷却特性的能力。
由于一般工厂都采用折光仪来测定淬火液的总浓度，所以，在相同浓度上，使用久了的PAG淬火液冷却速度更快，成为引起淬裂的原因。
PAG水溶性淬火介质研究报告(1)
研究报告项目名称: PAG水溶性淬火介质热稳定性、环保与冷却特性研究合同编号:承研方: 中国科学技术大学项目负责人: 彭良明编制日期: 二零一零年十月三十一日目录一、研究内容与目标 (3)二、研究成果 (3)(一) 淬透性(圆柱形工件淬透临界直径) 测定 (3)(二)、高纯PAG化学热稳定性测定及环保特性评价 (4)1. 三种高纯PAG及其15%水溶液外观比较 (4)2. 三种高纯PAG差热-热重(DSC-TG) 分析 (5)3. 三种高纯PAG化学热稳定性的气相色谱-质谱联用(GS-MS)分析 (8)(三)、三种PAG水溶液对合金钢淬火冷却特性评价 (12)1. 不同淬火介质对三种相同直径合金钢工件的冷却特性 (12)2. 15%SA-PAG水溶液对相同直径不同材质工件淬火时冷却特性比较 (15)3. 工件直径对15%SA-PAG水溶液冷却特性的影响 (16)4. 搅拌对15%SA-PAG水溶液冷却特性的影响 (18)5. 同浓度不同生产厂家PAG冷却特性比较 (19)(四)、淬火介质冷却特性参数物理含义 (20)(五)、不同淬火介质对三种合金钢淬火及回火后组织比较 (21)(六)、水、PAG淬火介质对不同材质铝合金的淬火冷却试验 (23)1. 水、15%SA-PAG水溶液对两种铝合金淬火的冷却特性 (23)2. 不同淬火介质对2A12、ZL114A两种铝合金淬火后组织比较 (25)三、结论 (30)1. 关于三种合金钢的淬透性 (30)2. 关于三种PAG物理、化学及热稳定性与环保特性 (30)3. 关于PAG水溶液冷却特性 (31)一、研究内容与目标1. 高纯PAG化学热稳定性测定及环保特性评价；2.不同浓度PAG水溶性淬火介质关于合金钢(30CrMnSiA、40CrNiMoA、2Cr13) 等材料的淬火冷却特性比较研究(与水、油比较)，建立相应的应用工艺规范。
二、研究成果(一) 淬透性(圆柱形工件淬透临界直径) 测定钢的淬透性是指刚在淬火时能够获得马氏体组织的倾向，它是钢的一种固有属性。
水溶性淬火剂
水溶性淬火剂产品特点：有逆溶性，易溶于水，改变浓度，能配成从水到油之间任何冷速的淬火液。
浓度易测易控。
通过控制浓度，可以获得长期稳定不变的淬火冷却特性。
有效寿命长，只需补充新液不作整槽更换。
不燃烧，无火灾危险。
淬火时无烟气，生产环境清洁。
对工件和淬火槽有防锈作用。
淬火后的工件可不清洗而直接回火。
可代替水淬油冷工艺，实现单液淬火。
适于各类钢件整体淬火，渗碳淬火、感应淬火以及铝合金固溶加热后淬火，能消除淬裂和软点，能获得高而均匀的表面硬度和足够的硬化深度，同时使淬火变形大大减少。
供货本公司PAG淬火介质，每桶净重200KG。
由供方委托货运送往客户指定地点。
冷却特性：Senco系列 PAG类淬火介质，根据需要加入水（自来水）中稀释成使用的淬火液。
PAG 具有逆溶性，当水溶液的温度升高到一定高度，原来溶于水中的高分子聚合物会全部从水溶液中脱溶出来，这个温度叫该PAG淬火液的逆溶点，我公司生产的Senco淬火剂逆溶点高于70℃，在74℃左右。
由于这个特性，红热的工件淬入Senco淬火液中时，工件周围的温度立刻升高到逆溶点以上，使原来溶解在水溶液中的PAG脱溶出来，其中一部分黏附在工件表面上，形成一层聚合物包膜。
只有当工件表面温度低于74℃，这层包膜才会逐渐回溶到水中这层包膜的存在，会使工件的淬火冷却特性发生根本性的改变。
在相当于自来水中淬火沸腾冷却阶段，工件的热量只有通过包在表面上的聚合物膜才能散入淬火液中，因此，聚合物薄膜的存在可以减慢淬火冷却速度。
包膜越厚，冷却速度越慢，包膜越薄，冷却速度越快。
淬火工件表面的聚合物包膜可以通过改变思科淬火剂的浓度调节，淬火液的浓度越高，淬火时工件表面的聚合物包膜越厚，淬火时冷却速度越慢。
淬火液的浓度越低，淬火时在工件表面形成的包膜越薄，淬火时冷却速度越快。
因此,可以通过改变浓度获得从水到油的任何冷却速度的淬火介质，来满足不同热处理的需要。
从这种意义上讲，PAG淬火液不是一种淬火液，而是可以根据需要配置成很多种淬火液的一类淬火介质。
PAG水溶性淬火介质的使用
PAG水溶性淬火介质的使用PAG是英文名称的缩写，在英文中PAG有三种写法。
由于中文译名的混乱，尤其译为聚乙二醇更为不规范，由于在中文中已有聚乙二醇(PEG)。
所以不如干脆译为PAG。
PAG是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的共聚物。
调整两者的比例，可以得到70-88℃的逆溶点。
逆溶现象指的是：随温度的上升，溶解度下降，所以称为逆溶。
到达某一温度时溶质开始从溶液中析出，该温度称为逆溶点。
由于逆溶性的存在，工件在淬火时，经过蒸汽膜阶段，沸腾阶段后，工件四周的液体温度高于逆溶点，PAG析出并在工件表面形成一个PAG的溶质膜。
PAG的浓度越高，则该膜就越厚，溶液从工件脱热的能力就越差。
这就是PAG降低低温区冷却能力的机理。
即控制PAG的浓度就可以控制PAG溶质膜的厚度，从而可以得到比较理想的低温区冷却能力。
逆溶点与浊点不同。
作为淬火介质看重的是：当溶液的温度降到逆溶点时，析出的溶质应立即溶回溶液，这对于减少PAG的带出量，对稳定淬火介质的冷却能力有着重要的意义。
有很多高分子化合物的水溶液，都有浊点。
当它们的水溶液的温度下降到浊点时，溶质不会立即溶回溶液，只有温度下降很多之后，才能溶回溶液。
PAG淬火介质的优点PAG淬火介质与传统的水和油相比较，有很多优点，它们是：1)PAG工作液与水相同，它们不燃烧，无火灾隐患。
2)PAG工作液与油不同，淬火时无烟雾，无毒，有利于操纵者身体健康。
地面无油污，使得工作环境更清洁，舒适。
3)淬火油的运动粘度(40℃)为15-40mm2/s，而PAG工作液的运动粘度(40℃)仅为1-5mm2/s，因此，用PAG淬火时带出量小得多，降低了运行本钱。
4)工件在PAG中淬火后，极易清洗，即使不清洗回火，也没有烟雾。
5)在高分子化合物中，PAG溶液的折光率高，因此采用折光仪轻易检测它的浓度，保持稳定的冷却能力。
6)通过对浓度，温度和搅拌程度的控制，可以使PAG得到从水到油的不同的冷却能力。
7)采用PAG，设备上没有积碳，油泥等，易于设备的维修。
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烟台水溶性PAG淬火液
烟台水溶性PAG淬火液由聚醚类高分子材料添加多种表面活性剂制成，与水可配成多种浓度，具有不同冷却特性的水性淬火液，无毒无害，不燃烧，无油烟，无火灾危险，使用安全，经济环保，广泛应用于各种工件的感应淬火、渗碳、碳氮共渗淬火、整体淬火、铝合金固溶处理等热处理作业。
烟台水溶性PAG淬火液对水有逆溶性，加热水性PAG淬火液至74℃逆溶点析出，可消除淬裂和软点，淬火后表面硬度高且均匀，淬硬层深，适用范围广。
调节水性PAG淬火液浓度，可获得水和油之间不同的冷却能力，减少工件变形量和开裂。
水溶性PAG淬火液具有良好的防锈效果，淬火时清洁环保，不易老化变质，使用寿命长，有效改善工作环境，提高零件的淬火质量，降低生产成本，是一种成熟的热处理淬火介质。
本品克服了水冷却速度快，油品冷却速度慢，防止水淬开裂，淬火效果差且易燃等缺点。
项目技术指标
外观(原液) 浅黄色透明液体
PH值9.50
水溶性74℃逆溶析出，74℃以下溶于水
防锈性
≥5%具有良好的防锈性
密度(15.6℃,g/cm3) 1.078
粘度(40℃，Cst)
原液280±20 水溶液(37.8℃，Cst)
5% 1.17
10% 1.90
20% 4.31
30% 8.50
采用符合ISO9950标准的IVF冷却速度测试仪测得不同浓度THIF-502水性PAG淬火液与水的冷却速度值对比如下表：
淬火介质温度最大冷速（℃/S）300℃冷速（℃/S）
水35℃221 102.4
水性PAG淬火液5% 35℃205 87.9 10% 35℃170 61.4 20% 35℃129 36.8
K油50℃101 14.0
G油50℃92 6.5
2#机油50℃73 11.5 由上表可见，20%浓度以下的THIF-502水性PAG淬火液冷却速度介于水油间。
烟台水性PAG淬火液适用于锻钢，铸铁，铸钢以及冲压件等的淬火；渗碳钢
20CrMo、20Cr、20CrMnTi等的渗碳淬火；碳素钢A3、08、10、35、45、55、35K等整体淬火或连续淬火；弹簧钢55CrSi、65Mn、50CrV、60Si2Mn等的整体淬火；磨具钢5CrMnMo、5CrNiMo、H13等的整体淬火；中低碳合金钢30CrMo、34CrNiMO、
35CrMo、40Cr、40MnB、40CrNiMo、42CrMo、50CrNiMo等整体淬火或连续淬火；不锈钢1Cr13、2Cr13等的整体淬火；原来使用水淬油冷的淬火工艺可使用水性淬火液替代。