如何有效地使用水溶性聚合物淬火剂

淬冷系统对不同的热处理工艺来说几乎是 不一样的。因此，如果由于使用水溶性聚合物淬 火剂而要求进行工艺调整的话，则必须单独与 淬火剂供应商商订。而且 ，由于所有主要设备供 应商已经研制了新设备或改装的现存设备，允 许使用聚合物淬火剂 ．所以，求助于他们以获得 资料是非常重要的手段。但是，这里提出某些一 般性的介绍。 为了淬火冷却均匀性，任何聚合物淬火剂 系统均推荐要有搅拌。搅拌系统应使淬火剂直 接通过淬火工件，避免工件周围形成涡流。对于 《金属热处理~1992年第 7期 维普资讯 http://www.cqvip.com 有色金属 ．一般最大线性流速不超过 20～25ft／ min，对于黑色金属，大约为 150{t／min。 搅拌可用泵或螺旋浆。如果用泵搅拌．流动 速率大约为按槽的容积每分钟循环一次。即 ，如 果 淬 火 槽 为 lO00ga]，流 动 速 率 至 少 应 为 1000gal／min。 更可取地是用带导流管螺旋浆。螺旋浆要 求的功率大约为 3~5HP／1000ga[。如果采用多 个螺旋桨(n)．则每 lO00ga[淬火剂对每十螺旋 浆的要求功率(HP)可以下式估算： HP／螺旋浆一一(3~ 5)HP 每个搅拌器的螺旋浆尺寸由表 l确定。 每个螺旋浆导流管的内径应比螺旋浆叶H 的直径大 lin。导流管顶部至少应在被面以_『’ 12in，以防止水流空化。这些仅仅是建议性介 图 6 淬火荆溶液 (水中 PAG聚台物)的热分离 表 1 淬火搅拌用螺旋浆尺寸与功 率(马力)的关系 l 机 功率 (HP) 螺旋 柴尺寸 (m) 1 16 1 0 I 25 25 注：假定螺旋装轴曲电机转速为 1750r／rain和 42Of／rain *原文 中无此 位一一编者注 表 2 喷射方式 淬火剂压力和喷管尺寸 喷射 方式 妇(Psi) 啧管 寸(itt) 开放 式 <20 】，8 幔 没式 > 40 1／4 56 绍 ，在任何投资做出之前，可以参考有关搅拌器 选择的美国钢铁公 司文献 域 与设备供应商协 商 感应淬火系统是聚合物淬火荆应用最广泛 的领域之一 各种实际应用的搅拌系统取决于 钢种 ，几何形状、工件 尺寸和感应器等 。建议的 流动条件示于表 zn为了最大程度地减少泡沫， 储液槽必须足够大，以使浴液泵回到淬火系统 之前泡沫已消散 。因此，储液槽体积至少应是液 体 体积流 量的 5～ 8倍。例 如，如果流 量为 1 al／min，那么，储液槽至少应 50~80gal 通常，淬火剂还需要某种方式冷却。冷却有 几种方法，包括冷却装置、蒸发器和壳管式热交 换器 因为聚合物淬火剂的热量上升一般为油 的 1／2，所以，通常可用相同的热交换设备。而 且，聚合物淬火剂含有防锈剂，热交换器不会像 用油那样产生淤垢。 聚合物淬火剂能用于密封周期式和连续式 保护气氛炉的淬火系统 j 对于周期式密封淬 火炉(如图 7)，三个重要的设计准则是： (1)工件装载量不应超过 llb／gal。此装载 量包括卡 县重量。热交换应足以控制淬火时的 《金属热处理 ≥】992年第 7垮 维普资讯 http://www.cqvip.com 热量上升； (2)淬火剂应有导向，向 E流经工件； (3)内门应紧密封，以防水汽进入炉艟。在 淬火时，推荐炉膛气流略为增大一些。 连续保护气氛炉一般配备斜槽淬火系统。 图 8所示为可用聚合物淬火剂的两种代表性的 斜槽淬火系统设计。逸些系统关键的设计特点 是 ： (1)在斜槽中，淬火剂的充分搅拌和循环十 分重要 ，以防聚合物的热分离(如图 6)和保证 工件出斜槽医之前完成淬火 提供的搅拌可以 是浸没式喷射、泵或螺旋桨 (2)在淬火区域上部的斜槽外面应安装外 套冷却器 ，这可防止水蒸汽进入炉膛。冷却剂可 以是淬火液本身，从热交换器出来，经过冷却器 套管，然后返回到淬火槽 ； (3)拎 却器外套上部的斜槽医应安装一个 A 烟雾排泄器 ，以防可能的水蒸汽对炉内气氛污 染 ； (4)斜稽区必须有网 L．淬火时，允许受热 的淬火剂能离开斜槽区。如果出现淬火剂过热 ， 图7 带有导流管和定向流动的周期式密封淬火炉 B 圈 8 连续式密封淬火炉的斜榴淬火系统设计 ，(A)带喷射搅拌 t(B)带螺旋桨搅拌 就会发生淬火剂的热分离 ，这将导致不均匀淬 -4．淬火液维护 火和产生工件开裂； 正如上面所述，淬火烈度和聚合物浓度有 (5)工件越大 ，大斜槽中完成淬火所需要降 关 。因此，为了保证工艺的控制 ，对聚合物和添 落的距离越长 然而 ，倘若淬火过程在斜槽中不 加剂(作为防锈和泡沫控制)的浓度监控是重要 能完成 ，那么，传送带应有足够的网眼尺寸，使 的【“- 。 传送带上的工件在离开淬火槽之前，淬火渡在 聚合物淬火剂浓度可用折光率或粘度来监 其周围搅拌 控 。对比这两种方法，用手提式折光仪监控聚合 《盘j暑热处理 l9g2年第 7期 57 维普资讯 http://www.cqvip.com 物的浓度更容易，因为聚合物谇火剂的维度和 折光率是呈线性关系 ，所以，很容易做出校准 曲 线(如图 9)。 虽然用粘度溅定有许多方法 ，但最常用的 是 Cannon—Fenske粘度计(如图 10)测定 淬火 剂浓度可由粘度标定图来确定(图 ii)。此图可 由热处理人员自己制作或由淬火剂供应商提 供。 虽然，这两种方法都可测定淬火剂浓度，但 是 ，粘度计方法对聚合物的分解最敏感，而折光 仪方法对污染较敏感。同样 ，监控防锈剂的浓度 和盐的可能污染等也很重要 。但是 ，这些分析技 术中有些较复杂。因此 ，热处理人员最好能利用 淬火剂供应商所提供的分析服务。各种分析手 段的详细描述可参见参考文献。 ]。 囝 10 粘度测定用的Cannon—Fenske管 围 u PAG淬火荆 (UconE)的粘度、浓度 和温度关系曲线 5．总 结 本文叙述了与水溶性聚合物淬火剂，特别 是聚氧化烷撑 (PAG)淬火剂 在热处理工业中 应用有关的几个 方面，其 中包括：淬火机理探 讨 ；工艺因素对淬火剂烈度的影响；淬火剂选 择；淬火系统设计和淬火液的维护。聚合物淬火 剂的应用在不断地增加 ，传统的淬火剂选择方 法和近年来发展的新技术应用之间的技术鸿 沟，通过淬火剂供应商的沟通是非常重要的。 参考文献 1 Totten、G E．．Advaaced Materia|s＆ Processes．】§90．51 鹳 2 Tottell G E．Dakias．M ．E and Heins，R W J Hea*Treat ing．1 988，6·87～ 95 3 Daking M．E．Bates C E．and "rotten．G E Metatturgia， I989．55．57～ 59 4 To~ten，G E Dakimq，M ．E．and r~is，L．M ，Tenaxol Inc seminars 5 Ja~-is L M．Blackwood．R．R．aad Torten G．E Indu 5【 8 J l-Teat~ng 1989，November，03～ 24 5 United States Steel Improved QuetLching of Steel by Pro- pelter Agitation， pittsbur曲 ，PA，1954 7 Tenaxol Inc，Teeh~icM Information Bu[1edn： The Priaci p【e of Heat EXtraction With Thge Use of Liquid Single Organic Polymers． 8 Totte~。G E Jdarvis，L M and Btackwood．R R．Tenaxol Iac'semina~ 原文注通u考文赶 3中描连的 H日子计算在谖参考交献 中是不对的，正确公式是 ：H固干=AX exp(BX~) 机 电部北京机 电研究所 赵海鸥译 朱沅浦校 《金属热处理 992年第 7朔 维普资讯 http://www.cqvip.com