1、前言

洛陽金潤寶科技有限公司的ZFQ-B型聚合物淬火介質，在內有多年的成功使用經驗，它是種目前世界上應用廣泛的環保不可燃淬火劑。上世紀 70 年代以來，外熱處理界在聚合物淬火劑的應用方面，取得了很大成功。在內也早在上世紀 90 年代起，開始小規模應用進口的聚合物淬火劑，其代表產品型號有好富頓 AQ251、聯碳公司（現改為陶 氏）UCON 系列，以及德潤寶 PF2000。大連起重礦山機械廠于 1995 年起 使用陶氏 UCNOE 淬火劑，已有 23 年的經驗，其技術服務直由丁得剛 教授負責。實踐證明，這種淬火劑不但環保、無煙、不起火、工件不開裂，而且大幅度提高了鋼材的力學性能，所以受到了用戶的歡迎，目前大連地區 UCON 系列淬火劑得到大面積的推廣。

進入上世紀 90 年代，內些淬火介質生產企業開始仿制聚合物淬火劑，洛陽金潤寶科技有限公司，在吸收內外聚合物介質成功應用的基礎上，推出了 ZFQ 系列環保無煙，不可燃水基淬火液。獲得內用戶的信賴和歡迎，目前內熱處理界普遍認同用環保不可燃無煙聚合物水溶液 代替淬火油，是淬火介質熱處理冷卻技術的革命。

2、聚合物淬火介質工作原理

把聚合物水溶液代替淬火油當做淬火介質的主要驅動力，是因為它沒有火災風險，沒有煙塵和合乎環保要求。油是很粘稠的，比水有更高的沸點，熱交換理論告訴我們，油所以能減少裂紋傾向，是因為它具有高的粘度，從而降低了熱交換系數，對于許多鋼而言，減少了馬氏體形成區的冷卻速度（熱交換率是隨著粘度的增加呈指數遞減的）。同樣的邏輯，被用于聚合物淬火介質的開發，用以替代油。

我們知道，多種聚合物是有的稠化劑，經過多年的研究，聚烷氧化物通常叫聚烷撐乙二醇（PAG），搶占了人造淬火介質的 大市場份額。

上述聚合物具有的逆溶性（通常稱為濁點應）。它在室溫下完 溶于水，呈清澈的均勻水溶液，而在高溫下，聚合物在水中析出呈不溶解相，當冷卻下來時，聚合物又重溶于水，再次形成均勻水溶液。這個過程是完可逆的。根據上述機理，當熱金屬淬入聚合物淬火介質水溶液時，液狀聚合物膜會包圍，沉積在熱金屬表面，該金屬冷卻速率就部分通過富含聚合物膜的熱傳導性得到控制。聚合物介質的濃度決定了這層膜的厚度（濃度越大，膜越厚，冷卻速度越慢），所以調節介質的濃度，使聚合物淬火介質的冷卻速度在很寬范圍內變化，可以從水到慢速淬火油。

3、聚合物淬火介質的優點和缺點

聚合物淬火介質比淬火油有許多優點：

3.1 消除火災

聚合物淬火介質，完消除了油的火災危害，根據美家防火協會 （NFPA）測定，衛生=1，可燃性=0，活化度=0，聚合物淬火介質，還被工 廠互助研究協會批準為無害淬火劑，因此，取消了防護設備即不需要滅火車和節省火災保險費用，以及購置油煙收集及凈化處理設備的費用。

3.2 改善生產環境 聚合物淬火介質不產生煙霧，淬火時很少產生蒸汽，而且淬火劑抑制細菌繁殖，長期使用不發臭，不變質，所以生產環境衛生，經生態毒理試 驗表明，對生物基本無毒。

3.3 操作安淬火介質中的防銹劑，對生物基本無害。

3.4 靈活性通過控制濃度，溶液溫度和攪拌速率，可獲得 佳的操作條件，經調整這些參數可在單浴槽中，得到很寬的淬火烈度范圍。

3.5 降低操作成本由于消除了軟點，控制了變形和開裂，降低了輔助加工成本，提高了產品質量。淬火工件清洗十分容易，任何殘留的介質，在超過攝 340 度回火爐，會蒸發干凈。如果用淬火油清洗很困難，回火中會產生大量油 煙。

3.6 淬火介質成本較低水溶性淬火劑在使用中主要添加的是水，以補充蒸發損失部分。這種介質帶出量少。而受到較重污染的淬火溶液，可以通過加熱分離和過濾分 離等技術得到重復使用。

3.7 維護和保存容易用水溶性淬火劑，使得設備維護和工廠清潔十分容易，工作場地非常干凈，如果是淬火油肯定是生產車間臟亂差的地方。

3.8 大幅度提高鋼材的力學性能根據內外有關報道，比較淬火油，用聚合物介質水溶液，經淬火后，工件表面硬度和心部硬度都有定程度提高。

根據丁得剛教授的研究發現（見《重型卸扣用鋼研究——UCONE 淬火介質在 34CrNilMoA 鋼上的應用》）,直徑 260mm，34CrNilMoA 試樣經聚 合物介質水溶液淬火后具有優良的力學性能：Rm 970 mpa，Rp0.2 850 mpa，A18%，Z63%，AKv（-20 0C）68J。相應油淬火力學性能標準（直徑 100-300mm）為 Rm>=765mpa，Re>=635mpa，A>=14%，Z>=63%。在塑性指標 （A 和 Z）基本相同條件下，用聚合物介質淬火的抗拉強度比油淬火的標 準值提高 1.27 倍。而屈服強度則提高 1.34 倍。

所以，用聚合物介質淬火充分挖掘了鋼材的潛力，如果零件尺寸不變，則提高了零件安系數。如果條件許可，則可以減少零件的尺寸，減輕零件重量，降低了零件成本。丁得剛教授還認為，如果鋼材采用聚合物介質代替油做淬火介質之后，對鋼材的標準中的力學性能應進行升處理。由此帶來的經濟益將十分驚人。

聚合物淬火介質也有缺點，即對不同碳當量的鋼種，要求不同的聚合物濃度。給用戶造成不便。例如：臺網帶爐既要處理 45 碳鋼零件，又要處理 40Cr 鋼零件，則需要兩種濃度淬火液。這種情況下，就需要準備兩個淬火液貯槽，個為低濃度，另個為比較高濃度，輪流使用。

4、金潤寶 ZFQ 系列水基淬火液

金潤寶 ZFQ 系列水基淬火劑分五大系列，即 A 型，B 型（又細分Ⅰ 型和Ⅱ型），C 型，D 型和 E 型。

這些系列產品的點是使用時無毒，不燃燒，無煙霧，無火災危險，無污染，不老化，使用壽命長。在使用中，只需補充原液，無需整槽更換。

用 300 0C 冷卻速度進行淬火介質冷卻性能定。理論和經驗告訴我 們，淬火介質的 300 0C 冷卻速度對多數鋼件淬裂與否起著決定性作用。 為此，選用 300 0C 冷卻速度值來對淬火介質定。把常用淬火介質在 300 0C 冷卻速度從300C冷卻速度從<10C/S到110C/S 分成11,即從0,10，20，30....100。PAG淬火劑15%的別是20-60(因不同品種而不同)，快速淬火油是0-20(因品種而不同)。對不同鋼種，選擇淬火劑別的建議，如表1。

從冷卻性角度講，比較理想的淬火介質在冷卻初期，冷卻速度稍慢些，避免處于奧氏體和過冷奧氏體狀態的工件因冷卻速度快，收縮急劇 而發生彎曲畸變；在過冷奧氏體不穩定的區間（珠光體轉變曲線“鼻子”處的 600-400℃），希望快冷，避免發生珠光體類轉變；又希望進入 馬氏體轉變區（Ms 點以下），冷卻速度愈慢愈好，緩解馬氏體轉變體積 膨脹而產生的應力，防止開裂和減小畸變。對于珠光體轉變滯后貝氏體轉 變突出的些鋼種，為了避免在冷卻時產生上貝氏體而出現脆性，要求淬 火介質在貝氏體轉變區 350-400℃有較快的冷卻速度。作者認為：除了用 300℃冷卻速度進行淬火介質冷卻性能定外還要加入從 300℃到 200℃ 時的冷卻所用時間。300℃到 200℃時的冷卻所用時間越長，工件淬火引 起的內應力越小越不易淬裂。作者認為，對般中小熱處理企業，常見的 中碳低合金鋼，如 40Cr，40CrMo ,選用淬火劑以 30-45 為宜，即淬火 介質 300 0C 冷速在 30-45 0C/S。對多用爐滲碳件可選用 10-20 淬火劑。

利用以上概念，作者列出了“金潤寶 ZFQ 系列水基淬火介質 300 0C 冷卻速度譜系”見表 2。對用戶選擇介質型號具有指導意義。

表 2 金潤寶 ZFQ 系列水基淬火介質 大冷卻速度和在 300℃冷卻速度及從 300℃到 200℃冷卻時間譜系