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水溶性聚合物淬火液的推广与应用

发布时间:2015-04-01 新闻来源:德州市科信弹簧平安彩票 浏览次数:

我国政府对环境产生的污染问题很重视,尤其是江浙一带提出“绿色紧固件”的理念,把主要控制目标定在少污染的生产工艺上,应用聚合物淬火液替代油类淬火剂或以植物油为基油替代矿物油为基的油类淬火剂等。


随着各种清洁生产技术的推广和开发,在“十二五”期间各种废水、废气、废渣的排放必须达到国家有关标准规定,力争做到热处理生产环境污染趋近于零。为此,紧固件生产企业正在加快以水溶性聚合物淬火液逐步取代淬火油。


1. 水溶性聚合物的优点


据调查,聚二醇(PAG)水溶性淬火液应用已越来也广泛,目前已达到整个热处理介质应用的15%左右。


PAG水溶性淬火介质的优点表现在以下三个方面:


1.1环境优势


a.消除火灾危险


PAG 水溶性淬火液属非易燃品,因而可以减少必要的防火设施,如惰性气体防护帘及灭火系统。


b.更加清洁,安全的工作环境,在淬火或回火过程中无烟雾,工件上不留油污和焦斑,保持工作场地清洁,只需用水冲洗。


1.2 技术上的优势


a.淬火冷速灵活多变


通常可以配制成5%-30%的水溶液使用,改变温度和搅拌,因而可以处理很宽范围内的不同种材料和工件。


b.减少软点,减少应力及变形


由于在工件上包围的均匀的聚合物膜,可以避免加热后水淬时经常出现的软点、蒸汽泡问题。均匀一致的聚合物膜还可以减少水淬时出现的温度梯度及残余应力,因而减少紧固件热处理中的变形。


1.3生产方面的优势


a。降低成本


在淬火槽内已稀释的聚合物淬火液的成本,较使用淬火油为低。水溶液粘度低,在大量生产中,可以明显减少淬火液的损耗量,浓度可在现场测定。


b.易于清洁


平安彩票 工件可在回火前不需要清洗。残余的聚合物膜不会象油一样碳化,而是在高温下完全分解,形成水蒸汽及碳的氧化物,淬火后工件直接回火,降低了工序成本。对低温回火或时效处理,聚合物膜不会完全分解,残留的膜只需用水冲洗。


c,减少淬火过程温度升高


聚合物淬火液的比热几乎是淬火油的两倍,因而对一定的淬入量而言,在淬火过程中液温的升高大约减半。


2. 水溶性聚合物的品种


目前紧固件行业选用的中碳结构钢量大,该钢的马氏体转变(Ms)点都在300℃附近,故采用水溶性聚合物淬火液都能满足技术要求,使用量较多的PAG淬火液的品种有UCON A 、UCON E、AQ 251 、AQ364、AR-A 、JY820等等。


针对M16以下的高强度螺栓热处理淬火时造成变形和开裂缺陷时有发生,这里仅从AQ251 淬火液的使用条件探讨可能存在的原因。


3. 使用条件分析


3.1 浓度的测定与控制


平安彩票 生产中,随着淬火件把原液和水带出以及水的挥发,淬火液的浓度不断发生变化。通常淬火液的温度越高,被处理件的量越大,工件的表面积越大以及出液温度越高,则介质浓度的变化就越大。一般浓度高于控制范围需补加水,低于控制范围需补加原液。通常控制浓度的偏差范围在±1%。


浓度低是使用AQ251 淬火液造成紧固件变化和开裂缺陷最常见的原因之一。很多使用者其实了解介质浓度对紧固件制品质量的影响,但出于经济利益考虑,担心浓度增加使介质消耗量增加,费用增加,所以不愿增加浓度。其实,若使工件出水温度低一些,控制在25℃-35℃,这时粘附在工件表面的AQ 251 膜层会回溶,从而减少带出量。


浓度的测定通常采用便携式折光仪,使用中需注意,随着淬火介质的日久使用,PAG聚合物的相对浓度(有人称有效的AQ251组分)会降低,而添加剂组分的相对浓度升高,同时随着水的挥发,水中可溶性物质的浓度也会升高,加上可溶的污染物增多,导致折光仪实测的淬火液浓度偏高,为防止低温区的冷却速度偏大,应适当增加折光仪的浓度读数。


如AQ251新液的折光系数是2.5,而旧液则降为1.5-1.8,一般在使用一年至一年半时应作调整处置。


3.2温度控制


PAG聚合物淬火液绝对冷却特性影响较大,使用A 251淬火介质时应当配备完整循环冷却系统,以便在使用中调节液温,淬火液的用量可按每公斤质量的工件需8g淬火液计算(1 Ib./gaI.),AQ251淬火介质的比热比油大一倍,在相同体积液体下,AQ251 淬火液的温升仅为油的一半。换言之,在相同温升的条件下,AQ251 淬火液的处理量比淬火油大一倍。


由于AQ251 淬火液具有独特的逆溶性,即在水中的溶解度随温度升高而降低,一定浓度的AQ251 溶液被加热至一定温度后即出现聚二醇(PAG)与水分离现象。介质温度升高后,蒸发增多,蒸汽膜阶段大幅延长,最大冷速下降,其使用温度大都低于50℃。


至于使用温度下限,温度低会增加冷速,加大变形和开裂倾向。如在寒冷的冬季,开始淬火时介质温度较低,增大变形,所以需要将介质加热至规定的温度或者用增加浓度办法给予补偿。在冬季我们就应该有意识地将使用浓度提高2%,可以收到良好效果。显然,要得到稳定的淬火效果,就需要将介质的使用温度保持在相当窄的范围内,夏季在15℃-30℃,冬季在30℃-40℃。所以要配备有效的加热和冷却装置,这对于连续式网带炉生产线是必不可少的。


通常对于易畸变开裂的M10*150或M12*180长螺杆螺栓、螺柱,介质温度可适当高些,在35℃-45℃;而对于尺寸较大,形状简单,淬硬度层要求苛刻的2H级螺母,介质的温度应相应低些,控制在20℃-30℃为佳。


AQ251 淬火液的冷却可采用制冷器、蒸发器或热交换器(板式或管状冷却器);其加热可在槽内设置管状加热器或用加热的废工件“淬火”,通常不希望采用通蒸汽的办法以免影响浓度。


3。3 介质的污染变质


淬火冷却过程是相当恶劣的使用环境,AQ251 淬火液长期在高温受热、剪切(搅拌)及空气(泡沫等)的作用下,会发生热分解、氧化和聚合等反应,出现高分子断链,分子量减低等现象,导致冷却性能变化等问题。轻度时适当提高浓度即可恢复到原来的冷却性能要求,但严重时引起介质污染变质,乃至报废。


AQ251淬火液“开始好用,用久了无法控制浓度而引起开裂或淬不硬”等问题,这主要是介质污染变质,冷却特性曲线发生急剧变化,尤其是低温区的冷却速度升高,导致相同加热条件下工件的变形、开裂严重,且淬火后的硬度明显提高或不足。


常见淬火液污染可分为油类污染、不溶固体颗粒污染和溶水性污染等三大类,应视情况分别加以处理。


a. 油类污染


一般情况下,漂浮在液面上的少量油污并不影响淬火液的冷却特性(可为厌氧细菌的繁殖提供条件,易使淬火液变臭),只要经常用干净的报纸将油污吸掉即可。如果淬火液中混入可溶性油类,则会严重影响淬火液的冷却特性(可不同程度地增加低温冷速),引起工件的开裂,应该避免。


b。 不溶固体颗粒污染


主要来源于工件淬火时带入的氧化皮,对淬火液的冷却特性影响不大,可定期过滤或捞渣。


悬浮的固体颗粒往往会增大淬火液的折光率,应经过滤后测量。


c. 溶水性污染


可改变淬火液的颜色、折光率,对淬火液的冷却特性有不同程度的影响(有些可溶物可改变AQ251 聚合物膜的形成特性),应尽量避免。如果受到此类污染,可采用加热提纯的方法,利用PAG的逆溶性使受污染的溶液恢复正常。


d. 其他


在热处理工艺规程中应规定,每天对槽溶液进行搅拌,时间至少20min。即使停止淬火工件时,停止搅拌的时间亦不宜超过48h。这样可大大降低细菌繁殖的趋势。


在室外的AQ 251 淬火液循环储液池,应增设防雨棚,以避免雨水稀释和污染淬火液。


3.4搅拌


尽管淬火冷却过程是极其复杂的传热、相变过程,为此,淬火槽中的介质要有足够的量,搅拌设置应能使淬火区的介质均匀流畅地流动,消除停滞不流区。


良好的搅拌能使介质达到最佳冷却效应,对介质的冷却性能以及维护保养起着十分重要的作用。搅拌的作用大体有加快蒸汽膜和聚合物膜的破裂,提高高温区的冷却速度,能使工件得到均匀冷却等,不断搅动的淬火液也能抑制细菌的生长繁殖,介质不易发黑变臭。


连续式网带炉生产线都是采用螺旋浆搅拌,必须插入到液面下一定的深度,不得小于300mm。另外,严禁采用压缩空气进行搅拌,它不仅促使气体参与热交换,致使冷却不均匀从而变形加剧以至淬火开裂产生,而且加速了介质污染和老化,缩短了其使用寿命。


4.使用中维护管理


水溶性聚合物淬火液使用寿命的长短,第一,取决于工件的淬火量;第二,相当程度上决定于管理维护,管理维护得好寿命就长。


4。1配置淬火液的水质


通常水质采用硬度来衡量,即指水中钙、镁离子的浓度,硬水(指1L水中碳酸钙含量高于250mg)虽使用中不易起泡,但淬火液在使用中由于钙、镁离子的积聚,造成介质自身污染,并使某些添加剂失效(尤其是阴离子表面活性剂),另外硬水比软水更容易促使细菌繁殖;但太软的水易使介质起泡沫,影响工件的淬火质量。故一般供应商推荐配置水采用自来水即可。顺便提一下,国内各地区由于取水源不同(地表水或地下水)取水季节的不同,水质的硬度差别较大。


4.2杜绝外来污染物


①注入新液时,首先应彻底清除(淬火槽、储流槽、管道、冷却器等的污物、杂质,并进行灭菌处理(加杀菌剂))。


②防止外来油污染物,有机淬火液第一可能因油污染而被细菌微生物分解变臭;第二如油被乳化进入淬火液会增大低温区的冷却速度及溶度,因此淬火槽内设置的动力装备不得有油,以免造成介质的污染。


③定期清理氧化皮等污垢,氧化皮外来污染物在氧化皮介质中加热的工件淬火时是无法避免的。一般沉积于槽底,不会影响淬火液的溶度测定和冷却特性,但大量堆积于槽底的氧化皮会成为细菌集聚滋生的温床,故希望定期(正常半年至一年)进行清理。


④严禁非指定的防锈剂、切削剂、盐碱化学品、NH3等进入淬火槽,这些介质的进入会促使淬火液老化变质,改变冷却性能及其他相关性能(如防锈、防腐性)等。


5。结束语


根据紧固件的尺寸及性能等级技术要求,选择合适的水溶性聚合物淬火介质,是减少工件变形、避免淬裂,提高硬度均匀性的关键。但淬火加热温度应按水淬的热处理规范,取钢种的下限-10℃为佳。另外,对原材料表面缺陷十分敏感,也影响后续着色工序,所以应加强对原材料的质量控制,以避免造成不必要的损失。


4.2 值得提出的是3%-5%的AQ251淬火液可改善润湿性能,而达到相当于盐水淬火时的均匀性,从而可以防止软点。除用于普通中、低碳合金钢的调质外,还可用于低碳钢自攻螺钉渗碳、碳氮共渗淬火及铝合金紧固件的固溶处理。


平安彩票 4。3 近年来,对生产安全和环保的重视日益提高,节能意识越来越强,同时由于聚合物的生产质量,聚合物淬火液的应用技术(淬火液浓度调配、槽液监控、冷却性能适时检测及管理技术等)的日益进步和应用案例经验的不断积累,为聚合物淬火液的推广应用提供了可靠的技术基础。


参考文献


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4. 杨淑范、陈守介.淬火介质[M]北京:机械工业出版社,1990


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