[科普中国]-淬火介质- · 科普中国网

常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。在对金属进行淬火处理时，需要将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却。

常用种类淬火介质

一、液体

1、水

1）清水、2）无机盐或碱的水溶液、3）有机物水溶液

2、油

1）植物油、2）全损耗系统用油（机械油）、3）专用淬火油（矿物油中加入添加剂）如锦辉淬火油

3、溶融热浴

1）熔盐、2）溶融金属

二、气体

1、空气

1）静止空气、2）压缩空气

2、还原性气体（氢、氨分解气）

3、中性气体（氮）

4、惰性气体（氩、氦等）

三、固体

1、流态床

1）气固态、2）气液态、3）气液固态

2、金属板

水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。

盐水和碱水

在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。一般情况下，盐水的浓度为10%，苛性钠水溶液的浓度为10%～15%。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。

油

冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。

新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。

高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。

光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。

真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。

盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。

新型淬火剂

有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用质量分数为0.1%～0.3%之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性。

三硝水溶液由25%硝酸钠+20%亚硝酸钠+20%硝酸钾+35%水组成。在高温（650～500℃）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。在低温（300～200℃）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水－油双介质淬火。

1、淬火剂产品描述

是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。有机聚合物完全溶于水，形成清亮、均质的溶液。但当温度超过 74℃（165℉）时，聚合物便会从水中析出分离，形成一层不溶解的相。该产品克服了水冷却速度快，易使工件开裂；油品冷却速度慢，淬火效果差且易燃等缺点。

当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时，液体有机聚合物会在金属表面沉积，形成一层薄膜。可以通过调节薄膜的厚度部分地控制金属的冷却程度。薄膜的厚度则是通过调节淬火浴中淬火剂的浓度来完成。也可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却。淬火剂跟其他的水溶性聚合物淬火液（剂）的主要区别在于：控制热转换的多聚物成分不同。如美国有UCON A，烟台海益等,其多聚物成分为聚醚（PAG）。

2．淬火剂特性和优点

◆ 淬火剂水溶液在常温下均匀透明溶液，当温度升高时，淬火剂溶解度反而会下降，溶液就从透明变为混浊，到达74°C时聚合物的线型大分子就会从水中析出，并与水完全分离。（这叫做逆溶性，74°C就是逆熔点）。

◆ 通过调整其水溶液的浓度，可在很大范围内调整其冷却能力，可以得到介于水油之间，以及相当于油或者更慢的冷却速度，也可以和Quench PA配比使用来调节冷却曲线。

◆ 淬火剂需要最少量的添加处理，因为它们和普通的聚乙烯醇和溶解油相比，不易变质和被氧化。主要的添加工作就是补充蒸发损失掉的水。

◆淬火剂和普通的油性淬火油（剂）相比，能除去烟尘、煤灰和残杂物。使设备维护和工厂清洁工作变得轻松简单。

◆淬火剂在0℃（32℉）以下会冻住，使用前需要在室温下解冻并混合，产品功能不会受到影响。

◆水性淬火剂对黑色金属及有色金属均无腐蚀，淬火工件光亮且有短期防锈作用。

◆推荐最佳溶液温度 20~50℃，应不高于60℃。

3．典型性质数据

指标结果

20℃时每加仑的重量（磅） 8.94

比重（20℃） 1.074

倾点 -11℃（-12℉）

粘度37.8℃（100℉），SUS 1120～1375

防锈作用 ATMS D665A 通过

闪点无

4．应用――在世界上聚合物是应用最广的一种有机淬火液，可用于各种汽车工件以及航空工业的铝合金和钛合金，合金钢锻模的淬火，大转矩柴油机曲轴感应加热淬火等。淬火剂主要应用于以下淬火范围：

◆适用于典型的用油淬火的高碳钢和高合金钢；用20-30%的浓度，可适用于钢件的整体和表面淬火。

◆适用于感应淬火和火焰淬火，适合喷射淬火和浸淬，可应用于几何外型复杂的高合金部件（包括：球墨铸铁、韧性铸铁等）。

◆用于在倾炉、车底式炉和坑式炉中加工的大型合金部件，感应加热成形的部件或合金。

◆用于在使用燃气、天然气和碳氮共渗气的熔炉中需要油淬火的加工部件（间歇式和连续式操作）。

◆适用于旋转或持续型混合器的氧化熔炉、天然气熔炉和保护气熔炉。它们能应用在部件铸造后的直接淬火；铸件的连续淬火以及铸钢、锻钢、铸铁的一般淬火。

◆大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的淬火（连续式渗碳生产线或箱式多用炉）

◆淬火剂是一种高分子聚合物水溶性淬火剂，选用国外优质原料精制而成，具有独特的逆溶性，（一般称之为浊点效应）安全，环保，使用寿命长，使用成本低，国际油价越来越高，国家对环境保护愈来愈严的大气候下，逐渐成为热处理行业的首选淬火介质。

◆安全环保淬火剂完全不燃烧，无火灾危险，无毒，无油烟，使工作环境大大改善，满足环保部门对企业的环保要求。

5．淬火剂冷却曲线特性曲线,30度

淬火过程曲线图表1和图表2显示了Wonder Quench PE在实验室测试时的冷却率，实验使用一个不锈钢的测试圆柱体（长是直径的4倍），在它的几何中心安置有电热偶。

图表1用Wonder Quench PEE和传统的淬火油做了比较。图表2显示了流体流动（循环）对浓度和浴温都确定的Wonder Quench PE的影响。这些曲线仅对一般的比较有效。

6.使用范围和局限

淬火剂主要用于各类碳素钢,低合金结构钢、弹簧钢、渗碳钢、轴承钢制工件做增体浸淬和感应加热淬火．

淬火剂不使用与有二次硬化特性的钢件（如冷热模具钢和高速钢）．

淬火剂一般不适于淬经过盐浴炉加热后的工件．

使用维护从事热处理生产的人应当维护好所用的淬火介质。一般的管理工作包括：防止介质受污染、保证冷却系统能正常工作、按要求控制好液温、水性介质要经常检测和控制其浓度，以及定期检测淬火介质的冷却特性等，应当注意以下几件事：1

1、在新倒入淬火介质前，特别是在旧的淬火槽中做整槽更换时，一定要把淬火槽和冷却系统认真清洗干净。一些单位图省事，在淬火油做整槽更换时，只把原来的旧油大致放干，便将新油倒入槽中。原来沉在槽底的油污、槽壁上的碳黑油泥，以及残留在冷却系统中的油污，都一齐混进新油中。其结果，一槽新油就给污染了。淬火出来的工件污迹斑斑，清洗十分困难。

2、如果发现淬火油变得容易着火，要赶快找出原因并加以解决。原因之一是油中进了水，尤其是用热油的场合。原因之二是在油温测量或显示上出了故障，实际油温远高于显示的油温。此外，油中混入了低闪点、易挥发的油液，也容易着火。

3、防止加热炉内的炭黑污染淬火油。渗碳与碳氮共渗炉内难免产生碳黑。这些碳黑进入淬火油中，会对油造成污染。少量碳黑逐渐积累，首先损害的是淬火工件的光亮性，随后影响油的冷却特性。碳黑粒子非常小，又多悬浮在油中，一般不可能用过滤和沉降的办法加以分离。定期烧掉加热炉内结存的碳黑，是现行的最好解决办法。

4、对使用中介质变质和整槽更换问题的看法。水性和油性介质都有一定的寿命。到时候都应当做整槽更换。

影响油性介质寿命长短的主要因素是油的使用温度高低、淬火工件的总表面积大小、油的品质好坏和外来污染等情况。油的使用温度（应当包括油的平均温度和工件淬入后的温升程度）越低，油的使用寿命越长；淬火工件的总表面积越大，油的寿命越短。用于小型工件的淬火油，寿命很短，因为所处理工件单位重量的总表面积非常之大；而处理大型工件用的淬火油，由于所处理工件单位重量的总表面积相当小，加上淬火次数少，使用寿命就非常长。油品的质量，包括所用基础油和添加剂的品质。同样的使用条件，品质差的油只能用几个月，而品质好的常常可以用好几年。此外，外来污染，尤其是水的进入和碳黑的积累，对油的使用寿命也有很大的影响。

水性淬火介质的寿命长短，最主要的影响是介质的种类。比如，聚乙烯醇类的淬火介质，一般寿命不超过几个月；而PAG类的介质，一般多可以使用几年。外来污染对水性介质的寿命长短影响也很大。因此，水性介质的维护管理比油性介质更应受到重视，也更费事。PAG淬火液可以通过去污处理而延长其整槽更换时间。

不管是水性还是油性介质，使用中都会逐渐变质，同时也都会受到污染。变质产物和外来污染物逐渐积累，都会影响到介质的使用性能。使用到一定时间后，都应当做整槽更换。据知，除只用于大型工件淬火的油外，大量处理一般中小型基础件的场合，国内外淬火油的使用寿命一般不超过三、五年。如果不做去污处理，就是PAG淬火介质的整槽更换时间一般都比三、五年要短。到了应当整槽更换的时候就做整槽更换，往往能保证热处理质量、提高生产效率、简化管理并减少介质消耗量，从而能降低生产成本。