pag淬火液使用中的變化規律

tags:    時間:2014-03-07 13:28:42
pag淬火液使用中的變化規律簡介
使用PAG淬火介質的工廠普遍遇到諸如:1、為什麼長期使用中必須逐漸提高淬火液的濃度才能保證工件不淬裂?2、哪種濃度測量方法最有效?3、如何減少淬火劑的消耗?4、淬火液變黑和發臭后還能不能用……
pag淬火液使用中的變化規律正文

使用PAG淬火介質的工廠普遍遇到諸如:1、為什麼長期使用中必須逐漸提高淬火液的濃度才能保證工件不淬裂?2、哪種濃度測量方法最有效?3、如何減少淬火劑的消耗?4、淬火液變黑和發臭后還能不能用?5、受污染的淬火液有沒有辦法做去污更新等實際問題。事實上,這類問題都與淬火液的變化密切相關。因此認識和解決這類問題要從了解PAG淬火液在使用中的變化規律入手。 PAG淬火劑是以特定的聚醚類非離子型高分子聚合物(PAG)加上能獲得其它輔助性能的複合添加劑和適量的水而製成的。使用中,淬火液可能發生的變化主要有兩類:一類是其冷卻性能上的變化,另一類是其防鏽和防腐敗等性能的變化。因為使用PAG淬火劑的目的是調節水的冷卻特性,以下將重點討論冷卻特性的變化,只在最後提一下防鏽和防腐敗問題。
一、PAG組分的變化
淬火液的冷卻特性決定於其中PAG組分的特性和數量。其他提供輔助性能的添加劑對淬火液的冷卻特性幾乎沒有影響。淬火液中所含PAG聚合物的變化包括量的變化和質的變化兩部分。
1.淬火液中聚合物量的變化
生產中,工件帶出與受高溫氧化分解都會使聚合物的量減少。淬火過程中,工件周圍液溫升高,PAG聚合物從溶液中脫溶出來並靠其潤濕性以富水的包膜形式粘附在工件表面上,從而調整工件的冷卻速度。工件冷卻下來后,粘附在工件表面的聚合物又會回溶到淬火液中。回溶需要一定時間,而生產中往往等不到聚合物回溶乾淨就將工件從淬火液中取走。因此,工件帶出的液體中PAG含量往往高於所用淬火液中PAG的平均濃度。長期、大量淬火后,淬火液中PAG的相對濃度必然逐漸降低,而其他添加劑組分的相對含量就隨之增長。因此,回溶得越充分,淬火液中PAG組分的相對減少就越慢,即其冷卻特性越穩定。
2.PAG的氧化分解
配製PAG淬火液的聚合物具有很高的化學穩定性,在室溫下與一般的酸鹼不發生反應。只有在約250℃以上的高溫且又有氧存在的條件下才被氧化分解。淬火過程中,粘附在工件表面的聚合物膜大部分可以因為其中及其周圍的水分被氣化而保持在不高於水沸點的溫度。但緊接工件表面的部分仍然可能升到更高的溫度而發生氧化分解。分子量低的氧化分解產物成氣體跑掉,其他部分則留在淬火液中。在高溫和機械剪切作用下發生斷鏈而又存留下來的PAG斷鏈產物也將不再具有原來調整冷卻特性的能力,而成為非有效成分存在於淬火液中。淬火液的濃度越大,淬火中工件表面形成的聚合物膜越厚,發生這種分解的量就越多。熱處理生產的產量越大,淬火液使用的時間越長,這種分解和斷鏈殘留物就越多。
二、非PAG組分的變化
1.非PAG組分的質的變化
添加劑組分無逆溶性,始終平均分佈在溶液中,加上其濃度低,受高溫影響少,因此,生產中發生變質的量也少,變質產物也基本不揮發。添加劑組分的質的變化,通常只降低淬火液的防鏽和防腐敗性以及消泡性等輔助性能,而基本不影響淬火液的冷卻性能。
2.添加劑組分量的變化
前面談到,淬火工件帶走的液體中,PAG組分的相對濃度往往高於淬火液的平均值。因此,經過長期使用的淬火液,添加劑組分的相對濃度總是比新配製的高。然而,生產中作補充的淬火劑通常具有固定的組分比例。於是,淬火液使用得越久,淬火量越大,以及淬火劑補充量越多,淬火液中添加劑及其變質殘留物的相對濃度越高。相反,有效PAG組分的相對濃度也就越低。
3.自來水含可溶物的積累
自來水中加入PAG淬火劑而配製成PAG淬火液,因此自來水也是這種淬火液的組分。生產中,自來水容易揮發,需要經常補充。自來水不是蒸餾水,其中總含有少量但多種水以外的物質。使用中,水揮發后,原來溶解在其中的不揮發物質將留下來。結果,水中這些可溶物及其在使用中的可溶變質殘留物的濃度會增高。這些物質在水中積累起來,濃度會越來越高。時間一長,有的得到飽和,更多的部分就進入沉渣中。
4.外來污染物
除淬火劑和水外,生產中不免會給淬火液帶進其他物質。如工件帶入的氧化皮,以及現場常見的可溶和不可溶物質。其中的不溶物有的形成沉渣,有的懸浮在淬火液中。可溶物也成為溶液的組分,並通過積累使濃度增大。這些可溶和不溶的外來物質就構成淬火液中的外來污染物。外來污染物基本不影響淬火液的冷卻特性,但其中的可溶物會增大溶液的折光率。
三、常見濃度測量方法
當前,使用PAG淬火劑的工廠用來測量濃度的方法有折光儀法、粘度法和真實濃度法。根據上述PAG淬火液的變化規律,下面逐一對這三種方法加以評價。
1.折光儀濃度法
所有溶解進水中的物質都會改變水溶液的折光率。溶質對溶液折光率的貢獻與其在該溶液中的濃度成正比,而溶液的總的折光率又是各溶質對溶液折光率的貢獻的簡單疊加值。根據這種規律,用折光儀測出的將是溶液中所有溶質的總的折光率。因此,新配製的PAG淬火液的折光率是其中的PAG聚合物組分和添加劑組分的折光率之和。如圖1中A所示。前面談到,淬火液使用后,PAG聚合物的相對濃度會降低,而添加劑組分的相對濃度則要升高。同時,由於水分揮發,自來水中的可溶物質

 

的濃度也會升高。此外,淬火液不免要受到污染,可溶污染物也要增大溶液的折光率。這樣,使用后 淬火液的折光率就是由聚合物、添加劑、水的自身污染和外來污染物等四部分對摺光率的貢獻相加而成的。如圖1中B所示。可以看出,生產中用折光儀測量淬火液濃度時,為了保持一定的PAG濃度,必須使用更高的折光儀讀數濃度。淬火液的使用時間越長,淬火量越多,污染越嚴重,要求的折光儀濃度就越高。不明白這個道理,繼續按新配製淬火液時的折光儀讀數控制淬火液濃度,就會因其中PAG聚合物濃度偏低,冷卻速度偏快而引起淬火開裂。

2.粘度測量法
PAG淬火液的粘度隨淬火劑的濃度增高而增大。在PAG淬火劑中,PAG聚合物組分對淬火液的粘度提高起著決定性的作用,而其他組分(包括污染物)的影響相當小。因此,用測量粘度的辦法能比較好地排除其他組分的影響,測量出溶液中 PAG組分的濃度。 但是,對於使用較久的PAG淬火液,用粘度測量法會高估了溶液中的有效濃度。可能出現的危險仍然是溶液冷卻速度過快。
3.真實濃度測量法
真實濃度測量法是北京華立精細化工公司首先提出來的。這種方法是利用PAG聚合物特有的逆溶性,採用加熱分離的辦法,把溶液中有逆溶性的聚合物與無逆溶性的其他組分分開來,再計算淬火液濃度的折光儀測試法。由於能測定溶液中有逆溶性的聚合物濃度,因此能在稍長的使用時間內比較好地測量和控制淬火液濃度。由於不受其他組分含量多少的影響,而且只需用一隻普通的折光儀,應當說它是比較好的測定溶液中PAG總量的方法。但是,也同粘度測量法一樣,只按這種方法控制濃度,時間一久,實際的冷卻速度會偏高。因此,如不加以注意,也有淬裂危險。
4.關於PAG淬火液的有效濃度
淬火冷卻中,不僅能從工件周圍超過濁點的水中脫溶出來,而且還可能同其他脫溶出來的PAG聚合物一起粘附在工件表面上,這部分PAG的濃度,我們把它叫做有效濃度。取淬火液在燒杯中作加熱試驗發現,新配製的淬火液,當被加熱到沸騰溫度時,脫溶出來的聚合物能全部呈絮狀團聚在一起,並因裹帶了水蒸氣而首先浮在液面上。經過長期使用的PAG淬火液被加熱到沸騰溫度時,就可能有一部分脫溶出來的聚合物不是與其他聚合物相聚成絮狀,而是獨自像雪花一樣下沉到杯底。這樣的淬火液,用粘度法或真實濃度法測量的濃度雖較高,但其冷卻特性與較低濃度的新配淬火液相當。顯然,呈雪花狀下沉的那部分聚合物就屬於非有效部分。採用粘度法或真實濃度法都不能將非有效聚合物分開,因而也不能準確地控制經過長期使用的淬火液的冷卻特性。
雪花狀脫溶物的形成原因尚不清楚,但估計與淬火液的污染和高溫下大分子量的PAG的斷鏈產物中有逆溶性的部分有關。
存在於溶液中的某些污染物,包括一些懸浮物,它們如果能聚集在脫溶出來的PAG表面上而使界面能低於聚合物與溶液的相界面的界面能,則PAG聚合物該部分表面就將失去與其他PAG聚合物接觸並團聚的條件。表面上聚集了這些污染物的脫溶PAG小珠子,因為失去了聚團和粘附到工件表面的能力,便成了無效的脫溶物。
綜上所述,PAG淬火液中具有逆溶性的組分並不都能起到調節冷卻特性的作用。因此,當淬火液使用較長時間后,為保證與新配製時相同的有效濃度,必須採用更高的真實濃度。如圖2所示。
四、最好的辦法是憑冷卻特性控制濃度
使用PAG淬火劑的目的是把它作為水的添加劑加入水中來調節其冷卻特性。因此,熱處理生產中要求控制的也應當是淬火液的冷卻特性。前面提到的折光儀測試法,粘度測試法,以及真實濃度測試法的採用,是利用與這些參數的間接關係來反映淬火液的冷卻特性。
前面分析了常用濃度測量方法對使用較長時間的淬火液測出的濃度往往高於實際的有效濃度。如果不加以修正,容易引起淬裂。修正的辦法有兩種,一是憑經驗從工件的淬火效果來調整濃度,二是用冷卻特性儀來控制濃度。
憑經驗調整濃度的做法是對工件的淬火態硬度作記錄,作成圖表,用來觀察同類工件的硬度變化趨勢。當發現工件的淬火硬度連續偏高到一定程度時,及時採取升高淬火液濃度等辦法來降低實際的冷卻速度。這就可以防止出現淬裂。而當發現工件的硬度連續一段時間偏低或硬度高低不均以及有較大變形時,考慮降低淬火液濃度來增大冷卻速度。經驗法需要經驗和嚴格的管理,需要責任心,但卻很有效,很可靠,適合由工程技術人員來做。
用冷卻特性儀來控制濃度,具體的做法是定期測量淬火液的冷卻特性,主要憑其300℃冷速來確定溶液的有效濃度,再用折光儀按比例來控制濃度。有條件的工廠自己購買一台冷卻特性儀,並安排專人進行測定。其他工廠可送樣到淬火介質生產廠去進行測量。

測定水性淬火液的冷卻特性可以選用配備符合國際標準(ISO9950)的鎳鉻合金探頭的國內外冷卻特性儀。
五、關於PAG淬火液的防鏽性和防腐敗性
PAG淬火劑都含有一定量的防鏽劑,所配水溶液總是具有高於自來水的防鏽性。因此一般不擔心淬火液的防鏽性問題。當發現防鏽性不足時,可以補加少量防鏽劑。
PAG 淬火液的腐敗變化往往發生在溶

 

液先受油之類的有機物污染,然後又較長時間未使用,尤其在天氣較熱的夏季。腐敗的現象為發臭,變黑。至今,尚沒有一種防腐劑能夠保證長期停用的受污染淬火液不發生腐敗現象。經驗證明,變黑和發臭都不影響淬火液的冷卻特性,也不影響用折光儀法,用粘度法以及用真實濃度法測量的濃度值。通過生產中的循環攪動帶入空氣,過一段時間臭味就會消失,溶液也隨之恢復到原來的顏色。這種腐敗變質是由厭氧細菌引起,通入空氣即有殺菌效果。與淬火劑生產廠聯繫,補加很少一點殺菌劑,即可以殺滅細菌,消除臭味,並使淬火液變回為淡黃色。
六、生產現場減緩淬火液變化的措施
在生產現場採取以下措施可以減緩PAG淬火液的變化:①延長工件淬火冷卻后在淬火液中的停留時間,以利於工件粘附的聚合物充分溶解;②對剛出淬火槽的工件做進一步的自來水清洗,並將清洗用水作為補充水加入淬火槽中;③加強管理,減少淬火液的污染;④有條件的工廠自己購買一台冷卻特性測試儀,用冷卻特性來控制淬火液濃度;⑤暫時沒條件的工廠應當定期取樣送淬火劑生產廠進行冷卻特性測試,並用冷卻特性曲線控制濃度。通常,連續生產時,最好每3個月進行一次取樣測量;⑥當所用的PAG淬火液使用了較長時間,污染積累較多,用折光儀測出的濃度已經相當高,濃度測量和冷卻特性控制比較困難時,可以與北京華立精細化工公司聯繫,對淬火液進行一次"去污更新"處理,把其中的污染物大部分清除掉,讓其中最有效成分存留下來。處理后的淬火液又可以在比較低的折光儀濃度上使用,淬硬效果和防止變形特點與新配製的淬火液相當。
七、PAG淬火液整槽更換問題
由於使用和污染,PAG淬火液的變化始終不會停止。因此,不管如何使用和維護,都有必須做整槽更換的壽命周期。淬火量大,管理維護差,淬火液的壽命就短。相反,淬火量少,或管理維護好,則壽命就長。國外使用 PAG淬火介質的工廠,為保證熱處理工件有穩定的質量,都根據自己的使用特點,規定了必須做整槽更換的時間。多數工廠是一年左右一換,長的是幾年一換

 

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