PAG淬火液

使用淬火剂30度10%浓度曲线图

PAG淬火液,是由聚烷撑二醇(Polyaleneglycol)聚合物加添加剂中的水溶剂的水溶性淬火介质.聚烷撑二醇是一种环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物,简称PAG.

PAG淬火剂是当前国内外使用得最普遍和使用效果最好的水性淬火介质。这类淬火介质在上世纪80年代中期开始进入我国热处理行业。因为实际生产应用效果良好，很快就在一定范围内推广开。但也出过这样一类问题：一些工厂开始时用得好，有的甚至发表了文章。但过了不久，采用的相同的浓度，却有少量工件淬裂；继续用下去，淬裂的比例还逐渐增多。找不到淬裂的原因，最终不得不停用。究其原因，是不了解PAG淬火液在使用中的变化规律，因而没能采取相应的应对措施。

淬火液中的PAG聚合物本身相当稳定，在一般的使用条件下几乎不会被氧化分解，也不会和遇到的酸碱物质发生反应。那么，问题出在什么地方？后来，经过研究发现，上面谈到的问题，实质上是使用中的有效浓度的测定方法问题。

PAG淬火剂是以PAG聚合物为主，加上其它提供辅助性能的添加剂而制成的。在工件淬火过程中，工件周围的液温一旦升到溶液的浊点以上，PAG聚合物就从溶液中脱溶出来，以细小液珠形式悬浮在淬火液中。悬浮的PAG液珠一接触到红热工件，就靠其非常好的润湿性粘附到工件表面上，成富水的包膜把工件包裹起来。PAG淬火介质就是靠这种包膜来调节水的冷却速度，避免工件发生淬火开裂的。工件冷却下来后，黏附在工件上的聚合物又会回溶到淬火液中。回溶需要时间，而生产中往往等不到聚合物回溶干净就将工件从淬火液中取出。这样，工件带出的液体中PAG聚合物含量往往高于所用淬火液中的含量。长期、大量工件淬火后，淬火液中PAG的相对浓度就必然逐渐降低，而其它添加剂组份的浓度却逐渐相对升高。因为只有PAG才有调节水的冷却特性的作用，它的浓度降低就相应降低了淬火液调节冷却特性的能力。由于一般工厂都采用折光仪来测定淬火液的总浓度，所以，在相同浓度上，使用久了的PAG淬火液冷却速度更快，成为引起淬裂的原因。

解决这类问题的办法，一是改进浓度检测方法，最好是用冷却特性测试仪来调控浓度；二是发现工件的淬火硬度升高，就适当提高淬火液的折光仪浓度，来保证工件不淬裂。

此外，为了减缓有效浓度降低的速度，可以设法延长工件在淬火槽中的浸泡时间，并对工件上带出的淬火液做及时的清洗，而后将清洗用的水补充进淬火槽中。这样做也能减少淬火剂的消耗。

由于水是其中的第一大组份。而水在热处理生产中特别容易挥发。所以水溶性淬火介质的有效浓度测量问题都非常重要。PAG类淬火介质可以用折光仪法检测浓度，但它不适于用比重法测量浓度。聚乙烯醇类淬火介质不适于用比重法，也不适于用折光仪法测量浓度；因此很难做现场浓度调控。无机盐水溶液的浓度检测既可以用折光仪发，也可以用比重法。

所有水性淬火液都适宜用冷却特性仪来控制浓度。但采用冷却特性控制浓度不仅需要配备冷却特性测试仪，还需要相关的应用技术和分析能力。

PAG淬火液使用中的变化规律

使用PAG淬火介质的工厂普遍遇到诸如：1、为什么长期使用中必须逐渐提高淬火液的浓度才能保证工件不淬裂？2、哪种浓度测量方法最有效？3、如何减少淬火剂的消耗？4、淬火液变黑和发臭后还能不能用？5、受污染的淬火液有没有办法做去污更新等实际问题。事实上，这类问题都与淬火液的变化密切相关。因此认识和解决这类问题要从了解PAG淬火液在使用中的变化规律入手。PAG淬火剂是以特定的聚醚类非离子型高分子聚合物(PAG)加上能获得其它辅助性能的复合添加剂和适量的水而制成的。使用中，淬火液可能发生的变化主要有两类：一类是其冷却性能上的变化，另一类是其防锈和防腐败等性能的变化。因为使用PAG淬火剂的目的是调节水的冷却特性，以下将重点讨论冷却特性的变化，只在最后提一下防锈和防腐败问题。

一、PAG组分的变化

淬火液的冷却特性决定于其中PAG组分的特性和数量。其他提供辅助性能的添加剂对淬火液的冷却特性几乎没有影响。淬火液中所含PAG聚合物的变化包括量的变化和质的变化两部分。

1.淬火液中聚合物量的变化 生产中，工件带出与受高温氧化分解都会使聚合物的量减少。淬火过程中，工件周围液温升高，PAG聚合物从溶液中脱溶出来并靠其润湿性以富水的包膜形式粘附在工件表面上，从而调整工件的冷却速度。工件冷却下来后，粘附在工件表面的聚合物又会回溶到淬火液中。回溶需要一定时间，而生产中往往等不到聚合物回溶干净就将工件从淬火液中取走。因此，工件带出的液体中PAG含量往往高于所用淬火液中PAG的平均浓度。长期、大量淬火后，淬火液中PAG的相对浓度必然逐渐降低，而其他添加剂组分的相对含量就随之增长。因此，回溶得越充分，淬火液中PAG组分的相对减少就越慢，即其冷却特性越稳定。

2.PAG的氧化分解

配制PAG淬火液的聚合物具有很高的化学稳定性，在室温下与一般的酸碱不发生反应。只有在约250℃以上的高温且又有氧存在的条件下才被氧化分解。淬火过程中，粘附在工件表面的聚合物膜大部分可以因为其中及其周围的水分被气化而保持在不高于水沸点的温度。但紧接工件表面的部分仍然可能升到更高的温度而发生氧化分解。分子量低的氧化分解产物成气体跑掉，其他部分则留在淬火液中。在高温和机械剪切作用下发生断链而又存留下来的PAG断链产物也将不再具有原来调整冷却特性的能力，而成为非有效成分存在于淬火液中。淬火液的浓度越大，淬火中工件表面形成的聚合物膜越厚，发生这种分解的量就越多。热处理生产的产量越大，淬火液使用的时间越长，这种分解和断链残留物就越多。

二、非PAG组分的变化 1.非PAG组分的质的变化

添加剂组分无逆溶性，始终平均分布在溶液中，加上其浓度低，受高温影响少，因此，生产中发生变质的量也少，变质产物也基本不挥发。添加剂组分的质的变化，通常只降低淬火液的防锈和防腐败性以及消泡性等辅助性能，而基本不影响淬火液的冷却性能。

2.添加剂组分量的变化

前面谈到，淬火工件带走的液体中，PAG组分的相对浓度往往高于淬火液的平均值。因此，经过长期使用的淬火液，添加剂组分的相对浓度总是比新配制的高。然而，生产中作补充的淬火剂通常具有固定的组分比例。于是，淬火液使用得越久，淬火量越大，以及淬火剂补充量越多，淬火液中添加剂及其变质残留物的相对浓度越高。相反，有效PAG组分的相对浓度也就越低。

3.自来水含可溶物的积累

自来水中加入PAG淬火剂而配制成PAG淬火液，因此自来水也是这种淬火液的组分。生产中，自来水容易挥发，需要经常补充。自来水不是蒸馏水，其中总含有少量但多种水以外的物质。使用中，水挥发后，原来溶解在其中的不挥发物质将留下来。结果，水中这些可溶物及其在使用中的可

溶变质残留物的浓度会增高。这些物质在水中积累起来，浓度会越来越高。时间一长，有的得到饱和，更多的部分就进入沉渣中。

4.外来污染物

除淬火剂和水外，生产中不免会给淬火液带进其他物质。如工件带入的氧化皮，以及现场常见的可溶和不可溶物质。其中的不溶物有的形成沉渣，有的悬浮在淬火液中。可溶物也成为溶液的组分，并通过积累使浓度增大。这些可溶和不溶的外来物质就构成淬火液中的外来污染物。外来污染物基本不影响淬火液的冷却特性，但其中的可溶物会增大溶液的折光率。

水性PAG淬火液 一、简介： 本淬火剂为浅黄色透明液体，加有防锈、防腐、润湿、杀菌等多种添加剂制成，对水有逆溶性。它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。 二、主要特点： 1、 通过调整水溶液的浓度，可在很大范围内调整其冷却能力，可以得到近于水，或介于水油之间，以及相当于油或者更慢的冷却速度，以满足不同材料和工件的淬火要求。 2、无毒，无油烟，不燃烧，无火灾危险，使用安全，改善劳动环境，无环境污染。 3、淬硬层深，淬火硬度均匀，无软点，大大减小淬火变形和开裂的倾向，尤其适用于低、中碳钢感应及大件淬火。 4、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,可不清洗直接回火。 5、不易老化，变质，使用寿命长。 6、带出量少，使用成本低，综合经济性好。 三、典型理化性能： 外观(原液) 密度(15.6℃，g/cm) PH值 原液 粘度(40℃,Cst) 5% 水溶液(37.8℃，Cst) 10% 20% 3浅黄色透明液体 1.078 9.5 280/20℃ 1.17 1.90 4.31 PAG水性淬火剂(淬火液)

·产品描述 -------海益PAG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，现在国际油价越来越高，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.

二 海益PAG淬火剂具有以下优点: 1 安全环保 ，海益PAG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。 2 通过控制淬火液的浓度，可以得到近于水到油之间的冷却速度，以满足不同材料和工件的淬火要求。 3 操作成本大幅降低，通常工件的PAG淬火液成本仅相当于淬火油价格的20%左右 4 由于海益PAG淬火剂比热容与水比热容相近（比淬火油散热速度快很多），可以提高车间的生产量，进而使企业效益比以前得以提高。 5 淬硬层深，淬火硬度均匀无软点，大幅减少淬火变形和开裂的倾向，对低、中碳钢感应及大件淬火尤其适用。 6 对工件无腐蚀，且有短期防锈作用，使用寿命长，不易老化变质，淬火后的工件可不清洗直接回火。 7 淬火剂的浓度测试易测易控，维护和保存特别简单。 8 本淬火剂在使用中，带出量少，使用成本低，综合经济性好。

PAG淬火液

1 前言

PAG是英文名称的缩写，在英文中PAG有三种写法。详见表1

由于中文译名的混乱，尤其译为聚乙二醇更为不规范，因为在中文中已有聚乙二醇(PEG)。所以不如干脆译为PAG。PAG是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的共聚物。调整两者的比例，可以得到70-88℃的逆溶点。逆溶现象指的是：随温度的上升，溶解度下降，所以称为逆溶。到达某一温度时溶质开始从溶液中析出，该温度称为逆溶点。由于逆溶性的存在，工件在淬火时，经过蒸汽膜阶段，沸腾阶段后，工件周围的液体温度高于逆溶点，PAG析出并在工件表面形成一个PAG的溶质膜。PAG的浓度越高，则该膜就越厚，溶液从工件脱热的能力就越差。这就是PAG降低低温区冷却能力的机理。即控制PAG的浓度就可以控制PAG溶质膜的厚度，从而可以得到比较理想的低温区冷却能力。逆溶点与浊点不同。作为淬火介质看重的是：当溶液的温度降到逆溶点时，析出的溶质应立即溶回溶液，这对于减少PAG的带出量，对稳定淬火介质的冷却能力有着重要的意义。有许多高分子化合物的水溶液，都有浊点。当它们的水溶液的温度下降到浊点时，溶质不会立即溶回溶液，只有温度下降许多之后，才能溶回溶液。

2 PAG淬火介质的优点

PAG淬火介质与传统的水和油相比较，有许多优点，它们是： 1)PAG工作液与水相同，它们不燃烧，无火灾隐患。

2)PAG工作液与油不同，淬火时无烟雾，无毒，有利于操作者身体健康。地面无油污，使得工作环境更清洁，舒适。

3)淬火油的运动粘度(40℃)为15-40mm²/s，而PAG工作液的运动粘度(40℃)仅为1-5mm²/s，因此，用PAG淬火时带出量小得多，降低了运行成本。

4)工件在PAG中淬火后，极易清洗，即使不清洗回火，也没有烟雾。

5)在高分子化合物中，PAG溶液的折光率高，因此采用折光仪容易检测它的浓度，保持稳定的冷却能力。

6)通过对浓度，温度和搅拌程度的控制，可以使PAG得到从水到油的不同的冷却能力。 7)采用PAG，设备上没有积碳，油泥等，易于设备的维修。 3 PAG淬火介质的缺点

1)PAG对温度比油敏感，使用温度范围窄，通常为20-50℃。要求有足够的冷却能力，尤其是在夏天，在南方。

2)PAG对浓度比较敏感，使用浓度范围窄，通常为±1％。要求经常地检测工作液的浓度，并且定期校对浓度系数。

3)PAG对搅拌程度要求比较严格，也就是说，在工件淬火区域内的搅拌程度应该保持一致，既足够强烈的搅拌和足够均匀的搅拌。以保证温度的均匀性，浓度的均匀性和冷却的均匀性。大多数的淬火事故，都来自搅拌的不均匀。

4)PAG与油比较它更易于污染，需要更精心的维护。 4 选用PAG的理由

1)从工艺上考虑。用水淬火畸变过大甚至开裂，用超速淬火油又淬不上火，这时必须考虑采用PAG。

2)从环保上考虑。为了不污染环境，有益于操作者身体健康，应该考虑采用PAG。 3)从能源上考虑。石油资源再有几十年就会枯竭，PAG是目前较好的代用品。 4)从成本上考虑。采用5-15％的PAG代油仅是油的1/6-1/2费用。 5 PAG和淬火油冷却性能的对比(典型冷却性能数据) 5.1.国家石化行标SH/T0220测试

5-20％PAG、水、32号机械油、快速淬火油和超速淬火油按照SH/T0220测试的冷却性能如表3。冷却曲线见图1和图2。

按照日本通行的惯例，水溶性淬火介质400-150℃平均冷却速度在100℃/s左右，即可用来代油。

国家石化行标SH/T0220和ISO-9950.(国际标准)JB/T7951-2004(机械行标)都是热处理油的测试标准，用来测试水基淬火介质不十分适用，但目前仍在借用。比较而言，采用ISO-9950.(国际标准) JB/T7951-2004(机械行标)稍好一些。

5.2 ISO-9950.(国际标准)即JB/T7951-2004(机械行标)测试

5-20％PAG、水、32号机械油、快速淬火油和超速淬火油按照ISO-9950.(国际标准)即JB/T7951-2004(机械行标)测试的冷却性能如表4。冷却曲线和冷却速度曲线见图3，图4。

按照国际通用惯例，水溶性淬火介质300℃冷却速度为水的一半即可用来代油。ISO-9950.(国际标准)即JB/T7951-2004(机械行标)是在静止的条件下测试的冷却性能，而实际淬火中都有搅拌。

6 PAG适用范围

PAG适用于下列炉型：空气气氛炉、保护气氛炉、渗碳炉、碳氮共渗炉、感应加热炉以及流动粒子炉。可用于整体淬火和感应淬火，不推荐用于盐浴炉，尤其是含钡的盐浴炉。

PAG适用于水淬火的钢和大多数用油淬火的合金钢，但不推荐用于高速钢等合金量很高的钢种。 选用浓度的基本因素是工件和设备。 1)工件因素

材质：中碳结构钢：5-10％ 高碳结构钢：10-15％ 合金钢： 15-25％

尺寸：小尺寸选用稍高的浓度，大尺寸选用稍低的浓度。 形状：复杂形状选用稍高的浓度，简单形状选用稍低的浓度。

硬度要求：要求硬度高选用稍低的浓度，要求硬度低选用稍高的浓度。

2)设备因素

淬火批量：周期炉一次批量大或连续炉单位时间淬火量大，选用稍低的浓度；周期炉一次批量小或连续炉单位时间淬火量小，选用稍高的浓度。

搅拌程度：搅拌程度高，选用稍高的浓度：搅拌程度低，选用稍低的浓度。 温度控制：工作液温度高，选用稍低的浓度；运行温度低，选用稍高的浓度。

7 浓度的控制 7.1.工作液的配制

推荐使用自来水配制PAG工作液。地下水或其它水源的硬度可能偏高，这会降低工作液的有效浓度。算出所需的PAG总量，放入淬火槽中，加入所需要的水，开启搅拌至均匀后，测定浓度达标后即可使用。如果尚未达标，可微调后使用。7.2.浓度的测定和控制

7.2.1.折光仪测定

采用手持糖度折光仪测定BX值，乘以浓度系数2.5，得到工作液的百分比浓度。首先，用配制工作液的自来水(室温)将折光仪的BX值校准为零(“0”)。然后，测定工作液(室温)的BX值。注意，每一次测试之后，要用自来水冲洗到玻璃和盖板上没有残留的工作液，用脱脂棉将它们擦干后，进行下一次的测试。

一般选用BX值为0-10或0-15的折光仪，分辨度应为0.2BX，最好为0.1BX。

工作液受到污染后，BX值可能增加，这时测试到的浓度比实际浓度要高，浓度系数应该向小的方向修正。可以用运动粘度的方法加以修正。或者用冷却性能测试方法加以修正。

7.2.2.用运动粘度测定浓度

由于工作液的污染不影响运动粘度，因此可以用运动粘度来修正浓度系数。通常工作液服役一段时间后(一般二、三个月)就应该作一次修正。客户可以在当地石油部门测定最初工作液的运动粘度(40℃)以及服役后的运动粘度(40℃)，参照BX值即可确定修正后的浓度系数。也可以交给供应商测定。还可以从供应商提供的运动粘度/浓度表和图查出工作液的实际浓度，求出修正后的浓度系数。

7.2.3.用冷却性能测定浓

对照工作液服役前后的冷却性能，参考表3和表4，确定现役工作液的实际浓度，求出修正系数。

7.2.4.用硬度法确定修正系数

根据自身的工艺条件，选定标准试样的材质和尺寸。根据工作液服役前后标准试样的硬度或硬度U曲线来修正浓度系数。工件本身的硬度变化也是修正浓度系数的根据。

7.2.5.选定浓度的工艺试验

如果是第一次选用水溶性淬火介质，这个试验是非常必要的和非常重要的。可供参考的建议是：首选的浓度为5％，用于中碳结构钢；首选的浓度为10％，用于其它钢材。首次淬火后，如果硬度偏低，应该加水降低浓度，提高冷却能力，直至找到合适的浓度；如果出现过大的畸变甚至开裂，则应提高浓度，再试，直至找到合适的浓度。有时还要对工件的加热规范和冷却规范作适当的调整。

在进行工艺试验时，要特别注意到温度和搅拌。

为了使某个浓度适用于多种钢材和工件，有必要对工艺进行调整。 7.2.6.浓度范围的控制

采用折光仪监测工作液，浓度波动应该控制在±0.5％范围内，即+0.2BX值。当发现偏差时应该及时加水或加豪富顿PAG-747，调整到预定的数值。工作液长期服役后应该及时按照上述方法修正浓度系数。

8 温度的控制

豪富顿PAG-747使用温度通常控制在20-50℃。温度下降会提高冷却能力。为了获得均匀的冷却能力，温度应该控制在较窄的范围。例如，30±10℃，35±lO℃，40±10℃。温度范围主要取决于浓度，硬度要求和搅拌程度。对于相同的硬度，浓度高则温度可稍低，搅拌程度稍大；浓度低则温度可稍高，搅拌程度稍小。

9 搅拌的控制

搅拌可以使工作液各处的温度和浓度均匀一致，使不同部位的工件获得均匀一致的冷却效果。搅拌还可以减缓工作液的变质速度。

搅拌可以破坏蒸汽膜而提前进入沸腾阶段，提高高温区的冷却能力，对低温区的冷却能力影响不大。螺施桨优于水泵搅拌，不推荐气泵搅拌。气泵可能引进气泡，产生软点或软带。

要经常监测工作液的不溶物的含量，定期或不定期的将它们清除出去，不能让它们影响搅拌的正常进行。

最近几年来，PAG广泛用于制钉行业的网带炉。由于一般的网带炉都是为淬火油设计的，所以改为PAG时，要特别关注淬火工件落料槽的冷却能力。工作液的搅拌系统或循环系统，对落料槽包裹着的工作液的影响不大，这部分工作液可能因为搅拌效果不好而过热，降低了落料槽内工作液的冷却能力，会出现个别的蓝色软钉。必要时，在工作液中的落料槽四壁上布满足够的孔，增加搅拌的效果。如果仍有蓝色软钉出现，可以增加一部水泵直接打入落料槽内。

10 工作液的污染 油类的污染：工厂用油绝大多数(乳化油除外)不溶于水，而且浮于水面，原则上不影响冷却能力。但是在从上面提取样品中会含有油，它会增加BX值。最好用烧杯提取样品，将油倒掉后再测试BX值。如果工件携带的油含有乳化剂，引起了工作液乳化，应该先将工件清洗。

作为碳氢化合物的油，是微生物的营养，易于造成工作液的腐败，应该及时加以清除。可以用簸箕将其撇去，或用旧报纸将其吸除。

不溶固体颗粒：主要是氧化皮，碳黑，灰尘等。只要它们不影响正常的搅拌或循环，就不影响冷却能力。悬浮在工作液中的固体颗粒会增加BX值。过多的固体颗粒会堵塞喷射孔和管路。大量的沉渣应该定期从底部捞走，悬浮的固体颗粒应该用过滤器除去。

可溶性物质：由于添加的水都含有金属离子，它们在水蒸发后富集于工作液中，影响冷却能力，增加BX值。另外混入的NaC1，Na2CO3 NaOH等都影响冷却能力，增加BX值。因此应该尽量避免可溶性盐和碱的混入。

11 结束语

随着石油资源的减少，PAG水溶性淬火介质越来越受到重视。从淬火油向PAG水溶性淬火介质的过渡需要实践。而且这个实践开始地越早越好。

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