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| 更新时间：2012.05.15 浏览次数： | ||||||
1、关于PAG名称 随着各种清洁生产技术的推广和开发，“十二五”期间各种废水、废气、废渣的排放必须达到国家有关标准规定，做到弹簧行业热处理生产节能减排，尽可能较少环境污染。为此，以水溶性聚合物淬火液取代淬火油成为弹簧生产企业的当务之急。 冷却是弹簧热处理生产中非常重要的一个环节，冷却介质是关键因素[1]。应用聚合物淬火液代替油类淬火剂或快速淬火油等，是行业关注的热点。以PAG为代表的水溶性聚合物淬火介质的应用在我国已有20余年的历史，由于其安全、环保、节能的特点一直受到业界关注。PAG是英文名称的缩写，在英文中PAG有三种写法，详见表1。 表1 PAG名称的中英文对照 英文名称中文译名 Poly alkylene glycol聚乙二醇，聚氧化烷撑，聚烷撑二醇，聚二醇 Poly alkylene glycol ether聚醚, 聚二醇醚 Polyoxyethylene-propylene polyether聚氧乙烯、丙烯聚醚 由于中文译名的混乱，尤其是译为聚乙二醇更不规范，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，工作在淬火时，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，该膜就越厚，溶液从工件吸热的能力就越差。这就是PAG降低低温区冷却能力的机制，即控制PAG的浓度就可以控制PAG溶质膜的厚度，从而得到比较理想的低温区冷却能力。表2列出聚烷撑乙二醇 (PAG)与聚乙烯醇(PVA)、聚醚性能上的区别[2]。 表2 聚烷撑乙二醇(PAG)与聚乙烯醇(PVA)、聚醚性能上的区别。 冷却介质化学特性物理特性冷却特性应用范围 聚烷撑乙二醇(PAG)非离子型;遇无机盐不分解;特殊要求的分子链长和分子量比以下两者更大的剪切强度，不易降解，浓度易控制。 具有逆溶性，无气味，不易老化发臭。冷却性能可靠，易于控制和管理。淬火后工件表面不易形成难清洗的残留，可直接回火碳钢、合金钢、渗碳钢的淬火，整体调质，可代替油淬 聚乙烯醇PVA非离子型;遇无机盐易分解;分子链短，易降解、老化无逆溶性;在机械作用下，易断链;浓度不易控制浓度对冷速影响很大，冷却性能不稳定;淬火后工件表面形成难以清除的油漆状黏性残留;容易变质发臭。中碳钢及中碳合金钢的表面淬火 聚醚/有逆溶性，有刺激性气味;容易断链、降解淬火后形成难以清除的黏性残留，带出量大;容易变质发臭，影响环境。中、低合金钢的代油淬火 2、问题的提出 在汽车钢板弹簧的淬火过程中，常常遇到两个棘手的难题：一是淬不硬或硬度不均匀;二是出现变形和淬火开裂。淬火油的适用范围较广，有一定的淬硬层深度，淬火变形开裂倾向小，但在低温区冷却能力不足，对淬透性稍差或厚度较大的板簧会淬不透或存在软点。连续生产时，油温升高有油烟、易着火，对环境污染大，带出量大、消耗量也多、成本增加。这些局限性往往影响了企业的生产规模和经济效益。 目前弹簧行业以高碳结构钢、中高碳合金钢为主，这两类钢的马氏体转变(Ms)点都在250℃左右，采用水溶性聚合物淬火液可以满足技术要求，在高温阶段的冷却速度接近于水，在低温阶段的冷却速度接近油，这正是弹簧所需要的特性，也为改善板簧的淬火质量提供了帮助。使用量较多的PAG淬火液的品种有UCON A，UCON E，AQ 251，AQ364，AR-A ，JY820等等[3]。为改变弹簧产品生产技术落后状况，提高产品质量，弹簧生产企业应重视聚合物淬火液的研究和推广工作。使用PAG淬火液“以水代油”和实现强烈淬火控制技术，已成为弹簧企业热处理同行的技术研发推广项目之一。 使用PAG水溶性聚合物代替油作为淬火冷却介质，通过对PAG淬火液介质溶度、温度、喷射、搅拌力度及搅拌角度等方面冷却控制手段，对板簧实施强烈淬火冷却，可使PAG淬火液冷却特性得到极大的改进。PAG淬火液可以实现任意范围的淬火冷却效果，可达到控制和调整不同阶段淬火冷却速度，在一定范围内，满足板簧淬火冷却条件的要求。为产品结构的调整及质量的升级，提供先进的淬火冷却技术和优良的设备保障。 3、PAG淬火液的应用 某弹簧厂主要生产汽车钢板弹簧，材料为60Si2Mn或65Mn钢、厚度14～25mm板簧。选用国产JY820聚合物淬火液，采用浓度的水平为10%～15%。根据板簧的厚度和形状对应关系，对较厚的板簧，选用较低的浓度、较高的加热温度和稍长的保温时间，表3为常用弹簧钢的热处理工艺及性能。PAG淬火液在使用过程中，溶液和组分(水分和PAG)也在不断地消耗中，浓度和水温会发生变化，外来杂质对淬火液的污染也难以避免。因此，对PAG淬火液的日常维护和管理就显得十分重要，必须做好以下几个方面的工作。 表3 常用弹簧钢的热处理工艺及性能 钢号热处理规范 力学性能(不小于) 淬火温度/℃回火温度/℃Rm/MPaRp0.2/MPaA/%Z/% 65Mn790-830460-480950-1050850-9307-928-31 60Si2Mn830-870430-4601200-13001150-12005-825-27 50CrVA820-860490-5201200-13001100-12509-1142-46 3.1控制浓度 JY820聚合物PAG淬火液的浓度是钢板弹簧热处理过程中的一个重要工艺参数。用于处理60Si2Mn钢，浓度设定为(12%～13%)。初次使用时应根据热处理工艺要求，通过试验的方法确定淬火液的浓度范围。一般使用自来水配制淬火液，首先分别计算出所需的淬火液总量以及自来水的总量，然后在淬火槽加入所需的水，开启搅拌后，加入计算好的JY820原液，在搅拌4～8h，测定淬火液浓度达标后使用。初次配制PAG淬火液时应留有余地，以便调整。有于使用和消耗的原因，PAG淬火液可能随时进行必要的调整，及时补充原液或自来水。在补充PAG淬火液时，可以先加JY820原液后加适量的水。如PAG淬火液尚未达标，可微调后使用。 3.2控制温度 温度范围主要取决于浓度、硬度要求和搅拌激烈程度。一般来说，温度下降冷却能力上升;温度上升冷却能力下降。水温太低时变形和淬火开裂倾向增加，水温太高时淬不硬或消耗增加。因此，为了保证淬火冷却效果，温度应该控制在25～45℃内，最佳使用温度一般在30～40℃。由于钢板弹簧生产批量大，生产线的工作处在连续进行中，导致水温不断升高，有必要配备循环冷却装置及散热装置。循环冷却装置及散热装置主要由热交换器、冷却塔、冷却水槽、水泵及连接管道和阀门等组成。为了便于运作，条件许可时尽可能地配置较大的管道。 3.3摆动和冷却时间 淬火机在摇摆时可以使PAG淬火液的工作温度和浓度均匀一致，板簧的摆动可以使淬火均匀，提高高温区的冷却能力。摆动时间的长短、摆动速率以及在水溶液中的停留时间可能会影响钢板弹簧的淬火质量，冷却时间偏短时，弹簧出水温度过高，弧高不稳定等造成硬度偏低。为此,冷却时间一般不能少于15S，对板簧淬火在高中温区段实施强烈搅拌及喷射冷却会有明显的效果。 4、 注意的问题与发展趋势 PAG淬火液是实施弹簧热处理工艺过程的重要保证，对弹簧的力学性能有着很大的影响。PAG淬火液对温度、浓度比较敏感，对搅拌程度要求严格，与油相比更易受到污染，需要更精心的维护。PAG淬火液适用于弹簧浸入淬火，淬火机在摇摆时，由于液压件松动易发生漏油现象，机油开始时浮在水面上，短时间不影响淬火冷却，但长时间浸入会引起PAG淬火液乳化和腐败，影响浓度的测量和淬火液的冷却能力。油污是PAG淬火液的最大污染，应当及时加以清除。发现溶液上面有油污时，可以用旧报纸或棉布平摊在液面上加以吸除，如用中性的吸油纸效果会更好些。 以前的生产研究主要是在淬火液无搅拌状态下进行的，而实际淬火过程中淬火液几乎都需要搅拌，搅拌对300℃冷速即马氏体相变区的冷速影响不大，但对最大冷速却有明显的影响。随温度升高，最大冷速和低温冷速却下降，但对低温冷速的影响比对高温冷速的影响稍弱些。由于实际钢种化学成分不一致，各钢厂的成分控制不同，在批量生产前，必须进行小样试生产，再调整生产工艺，以减少弹簧变形和淬火开裂，提高硬度均匀性。 为了减少淬火变形和开裂，最好的方法是根据冷却特性来控制浓度[4]。调节PAG淬火液冷却特性的方法是把JY820原液作为添加剂加入水中，实践表明，调整PAG淬火液浓度的方法：一是凭经验看弹簧产品的淬火效果;二是采用冷却特性仪。 (1)对弹簧产品的淬火态硬度作记录，做成图表，观察硬度变化趋势，当发现工件的淬火硬度连续偏高到一定程度时，及时采取升高浓度等方法来降低实际的冷却速度，防止出现淬火开裂。而当工件的硬度连续一段时间偏低或硬度高低不均，以及有较大变形时，可以降低淬火液浓度来增大冷却速度。此方法需要一定的经验，严格的管理和责任心，但非常有效、可靠，适合由工程技术人员来做。 (2)购买一台便携式冷却介质性能检测仪，定期测量PAG淬火液的冷却特性，主要凭其300℃冷速来确定溶液的有效浓度，再用折光仪按比例调整浓度。 发展新型淬火液和改进原有淬火液的性能，是淬火介质的重要发展方向。特别是水溶性聚合物淬火液有着广阔的发展前景，水溶性淬火液替代淬火油新介质的不断研制成功，将开辟淬火液的新时代。优良的新型淬火液，合理地推广使用，并辅之相配套的维护技术，将会极大地提高淬火介质在弹簧热处理生产中的地位。积极研发和推广应用新型淬火液，成为改变我国弹簧行业技术落后面貌，缩小与国外差距的重要途径。 5、结束语 PAG 淬火液可以根据弹簧板簧厚度配制成各种浓度，浓度易配，冷却速度可调;具备淬火质量好，适用范围广，非常适合钢板弹簧的淬火冷却。在使用PAG 淬火液的过程中，为了保证热处理质量，除了注意工艺的过程控制外，加强对淬火冷却介质的维护和管理也十分重要。PAG 淬火液以往主要用于60Si2Mn钢材的淬火冷却，现在也已逐步用于SUP9、50CrVA等钢材。 根据国内弹簧行业的现状，必须重视设备及工艺改进[5]，大力加强淬火冷却的基础理论研究，改进和提高原有淬火液的性能和淬火方法，才能使弹簧产品获得最佳的淬火效果，全面提升弹簧产品的力学性能，同时，在能源日益紧张的今天，实现“以水代油”，开发新型的、经济的、清洁的冷却介质更是必要。 参考文献 [1] 樊东黎.美国热处理技术发展线路图概述[J].金属热处理，2006(1) [2] 薄鑫涛，郭海祥，袁凤松.实用热处理手册[M].上海：上海科学技术出版社，2009. [3] 张先鸣.浅谈水溶性聚合物淬火液的推广与应用[J].弹性地带，2010(6) [4] 张先鸣.我国紧固件行业热处理技术现状及发展[J].金属制品，2008(6) [5] 中国机械程学会热处理学会.热处理手册 第四版第四册[M].北京:机械工业出版社，2008. |
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