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        新型聚合物:安全淬火介質(zhì)將成為石油產(chǎn)品的替代品

        2014-11-25 11:42:24德國福斯油品集團(tuán)供稿
        金屬加工(熱加工) 2014年23期
        關(guān)鍵詞:福斯淬火介質(zhì)

        德國福斯油品集團(tuán)供稿

        據(jù)近期的新聞報道,由于許多工業(yè)爆炸和起火,造成大量機(jī)器的操作人員傷亡,釀成慘劇。油性淬火系統(tǒng)是常暴露于表面溫度非常高的工件,使得目前許多使用大型油槽的工廠正在積極尋找水性的淬火介質(zhì),而使用含有聚合物的淬火介質(zhì)用于高溫金屬的熱處理更為安全,從而可以降低工人在易燃油槽旁工作的危險。水性淬火介質(zhì)產(chǎn)品的優(yōu)勢在于不易燃、低油霧、降低車間污染和節(jié)約資源。出于這種原因,含有聚合物的水性淬火介質(zhì)已成為福斯發(fā)展的方向。新一代的水性淬火油,有著適中的冷卻速率、較低濃度和更好的經(jīng)濟(jì)性,適用于傳統(tǒng)的淬火工藝。

        1.現(xiàn)有的淬火介質(zhì)

        目前市場上大多數(shù)的水溶性的淬火介質(zhì)都是基于PAG和PVP,這兩種聚合物的使用都可以降低僅使用水時的冷卻速度。這樣,可以避免由于驟冷而造成金屬爆裂或變脆。熱的工件表面形成的蒸氣膜會降低成形加工的冷卻速度。含有不同聚合物的淬火液,會形成不同的蒸汽膜,具有不同的淬火特點。

        (1)聚醚/聚烷氧基醇PAG,含PAG聚合物的淬火介質(zhì)的逆溶點是63~85℃,在此溫度中間液體會出現(xiàn)白色絮狀物。保持較高濃度,可形成穩(wěn)定的蒸汽膜(或產(chǎn)品懸浮膜),見圖1。在馬氏體形成的溫度區(qū)間內(nèi),極限的淬火速率是200~350℃。

        (2)聚乙烯基吡咯烷酮PVP,含有PVP聚合物的淬火介質(zhì),有著更為穩(wěn)定的蒸汽膜,更適宜的冷卻速度和更適宜的形成馬氏體溫度范圍。且冷卻速度與使用淬火油類似,見圖2,因此在許多情況下,含PVP聚合物的淬火介質(zhì)可以代替淬火油,并具有更好的安全性。

        2.聚合物的濃度對于淬火油性能的影響

        隨著淬火溶液中濃度的增加,溶液的冷卻能力明顯下降。通過影響蒸汽膜沸騰階段和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時的淬火特質(zhì)來實現(xiàn)降低淬火速率,圖3的淬火曲線是兩種聚合物在不同濃度下的冷卻曲線,圖3a是自來水、液體循環(huán)溫度35℃,圖3自來水循環(huán)。

        3.聚合物的溫度對于淬火油性能的影響

        提高流體溫度可以顯著降低聚合物溶液的冷卻速率,淬火溶液的溫度和冷卻性能有一定關(guān)系。含有PAG的淬火油,由于有較低的溶解度,溫度范圍十分有限,一般的應(yīng)用溫度范圍為25~40℃。

        另外一方面,PVP聚合物可以應(yīng)用于較寬溫度范圍。如圖3所示,這些產(chǎn)品可以應(yīng)用到70℃的溫度。

        圖1 PAG 膜沸騰階段(20%濃度)

        圖2 PVP膜沸騰階段

        4.急需含有新型聚合物淬火介質(zhì)代替現(xiàn)有淬火油

        在低溫條件下,含有PVP的聚合物淬火介質(zhì)表現(xiàn)出來適宜的冷卻速度,通常僅適用于油淬火的材料。由于一般的含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)存在蒸汽膜,在處理高合金材料時,需要較高的濃度。這將使得含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)成本更高,同時在淬火后的工件表面有淬火劑殘留。如果含有PVP聚合物的淬火介質(zhì)的蒸汽膜破裂,也會引起不均勻的冷卻及工件在水溶性溶液中的劇烈反應(yīng)?;谝陨显颍覀冮_發(fā)出了新一代的含聚合物淬火產(chǎn)品。

        5.新一代含聚合物淬火油

        福斯開發(fā)了新一代的含聚合物的淬火油,來代替與含PVP聚合物類似品質(zhì)的淬火油產(chǎn)品。由于進(jìn)行了一些改進(jìn),消除了之前PVP產(chǎn)品的缺點。測試結(jié)果表明本產(chǎn)品系列產(chǎn)品彌補(bǔ)了水溶性PAG產(chǎn)品冷卻性能與高性能淬火油之間的空缺。由于使用這類新型聚合物介質(zhì),現(xiàn)在可以在濃度為5%~7%的情況下來處理高合金材料。其積極的作用包括大大降低聚合物的沉淀,降低析出損耗,從而為客戶節(jié)約大量成本。甚至不同的濃度,還可以適用于工具鋼。

        (1)福斯 THERMISOL QZS 系列產(chǎn)品,既安全又環(huán)保,可替代低粘度的淬火油使用。

        (2)THERMISOL QZS 該系列產(chǎn)品可在材料表面形成能改善純水及控制材料冷卻速度的強(qiáng)油膜。

        (3)該產(chǎn)品屬于環(huán)保類產(chǎn)品,不含亞硝酸鹽、酚類和殺菌劑,具有低泡沫性特性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

        6.應(yīng)用范圍

        Thermisol QZS 系列拓寬了更廣的應(yīng)用范圍。在包括感應(yīng)淬火的熱處理方式中,可加工的材料從非合金(如機(jī)鋼和滲碳鋼)到高合金(如工具鋼),應(yīng)用如圖4所示。福斯的產(chǎn)品不僅用于各種鋼材料的淬火,也可用于鋁合金材料的淬火。速率和生成的硬度取決于濃度,典型濃度為5%~15%。

        圖3 冷卻曲線圖

        圖4

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