1．基本特性 

1．1 PQA淬火劑的實(shí)質(zhì) 

PQA淬火劑是以兩種環(huán)氧化合物為單體原料，用一定的引發(fā)劑和催化劑，在控制溫度和壓力下經(jīng)反應(yīng)的共聚物，是屬于陰離子型線型結(jié)構(gòu)的聚合物。 為PAG淬火介質(zhì)類，外觀呈乳白至淺黃色粘稠液體，與水可無限溶解，即在水中加入任何數(shù)量的PQA淬火劑原液，均可得到均勻的水溶液。 

PQA淬火劑配制成不同濃度的水溶液時(shí)，便使淬火劑具有各種不同的冷卻速度，從而適應(yīng)各種不同金屬材料、不同形狀與厚度的零件淬火時(shí)所需要的冷卻速度。 

1．2 逆溶及回溶性 

PQA淬火劑均勻透明的水溶液，當(dāng)其受熱溫度達(dá)到一定值時(shí)， 淬火介質(zhì)立刻變得混濁（乳白），此種現(xiàn)象出現(xiàn)的溫度稱濁點(diǎn)。 

淬火介質(zhì)（在濁點(diǎn)以上）繼續(xù)增高溫度并達(dá)到一定值時(shí)，混濁淬火介質(zhì)中的聚合物便呈團(tuán)狀析出并下沉(因聚合物的比重大于水)淬火介質(zhì)中開始析出團(tuán)狀聚合物的溫度，稱逆溶點(diǎn)。 

淬火介質(zhì)由于溫度升高到逆溶點(diǎn)以上而析出的聚合物，只要淬火介質(zhì)溫度下降到逆溶點(diǎn)以下時(shí)，便會(huì)重新溶解，使淬火介質(zhì)又變得均勻。析出的聚合物由于溫度降低重新溶解的現(xiàn)象，稱為回溶性。 

濁點(diǎn)高低，決定著這類水基淬火介質(zhì)在淬火過程中實(shí)際可允許的最高溫升，即淬火介質(zhì)的使用溫度應(yīng)低于濁點(diǎn)。逆溶現(xiàn)象及回溶現(xiàn)象，決定了PQA淬火介質(zhì)冷卻赤熱金屬時(shí)的冷卻機(jī)制，是這類 淬火介質(zhì)具有比較理想的冷卻特性，明顯減小淬火變形、防止淬火開裂的關(guān)鍵所在。 

1．3 冷卻特性 

1．3．1 PQA淬火劑減小淬火變形防止淬火開裂的原因 

水用作淬火介質(zhì)時(shí)，其最大缺點(diǎn)是蒸汽膜嚴(yán)重，直到低溫馬氏體相變溫度附近，蒸汽膜才破裂，進(jìn)入泡狀沸騰階段，造成最大冷卻速度，因而易于導(dǎo)致 淬火變形和淬火開裂。 

PQA水溶性淬火介質(zhì)則完全不同。由于這種 淬火介質(zhì)具有逆溶性，當(dāng)一定濃度的均勻淬火介質(zhì)冷卻赤熱金屬時(shí)，金屬表面附近的淬火介質(zhì)很快達(dá)到逆溶點(diǎn)，并發(fā)生團(tuán)狀聚合物析出。團(tuán)狀聚合物運(yùn)動(dòng)到金屬表面則被粘附，從而在金屬表面形成一層聚合物隔離膜。 淬火介質(zhì)中的濃度越大，隔離膜的厚度也越大。由于聚合物淬火介質(zhì)導(dǎo)熱性差，有隔熱作用，那么淬火介質(zhì)濃度大，隔離膜厚，冷卻速度小。因此，控制濃度，即可控制淬火所需的不大也不小的冷卻速度，既能避免零件淬不硬，又能防止淬火開裂或過大的淬火變形。 

淬火工件表面由于光潔度不同，幾何形狀的不同，單質(zhì)的水＼油等淬火介質(zhì)在工件表面形成汽（氣）膜破裂的時(shí)間有先有后，因而冷卻不均勻，必然導(dǎo)致工件變形。PQA淬火介質(zhì)冷卻最劇烈的泡狀沸騰過程，只發(fā)生在隔離膜的外表面，不是發(fā)生在工件表面上。因此就消除了工件表面由于光潔度不同，由于幾何形狀不同而造成的冷卻不均勻，從而消除了工件熱應(yīng)力不均勻所引起的淬火變形。 

淬火時(shí)工件表面形成的隔離膜，隨冷卻時(shí)間的延長而增厚，直到逆溶點(diǎn)以下溫度時(shí)，隔離膜才發(fā)生回溶現(xiàn)象，因此PQA淬火介質(zhì)在低溫下的冷卻速度不強(qiáng)烈，可以避免馬氏體相變時(shí)產(chǎn)生過大的組織應(yīng)力，從而防止產(chǎn)生淬火裂紋的危險(xiǎn)性。 

1．3．2 冷卻速度 

采用直徑為16、長度為48mm的帶柄純銀探頭，將細(xì)絲熱電偶用擠壓方法使熱偶的熱端連接于探頭的幾何中心。探頭加熱溫度為800±2℃，由微機(jī)采集探頭在介質(zhì)中冷卻時(shí)的熱電勢(shì)信號(hào)，并由微機(jī)控制XW-4675數(shù)字繪圖儀繪制冷卻曲線和冷卻特性曲線(溫度和冷卻速度的關(guān)系)。圖1為不同類型淬火介質(zhì)和不同濃度PQA淬火介質(zhì)的特性曲線。由圖可知不同濃度PQA淬火介質(zhì)的溫度與冷速關(guān)系有如下三個(gè)特點(diǎn)。

 
圖1 PQA冷卻特性曲線

1．3．3 冷速三個(gè)特點(diǎn) 

△ 淬火介質(zhì)濃度大于15％以上時(shí)隨濃度增大冷卻速度下降 

因?yàn)榇慊鸾橘|(zhì)濃度越大，純銀探頭的表面形成的聚合物隔膜越厚，隔熱作用越明顯，而且冷卻最劇烈的泡狀沸騰只發(fā)生在隔離膜的外表面液體 ，淬火介質(zhì)不與金屬表面直接接觸，所以淬火介質(zhì)的冷卻速度低。 

△ 淬火介質(zhì)濃度在15％以下時(shí)隨濃度增大冷卻速度增加 

因?yàn)榇慊鸾橘|(zhì)低濃度時(shí)隔離膜的隔熱作用不重要，相反，為數(shù)不多的聚合物分子對(duì)金屬表面的浸潤作用，能使單質(zhì)水的蒸汽膜厚度減小甚至不能形成，因而提高冷卻速度。 

△ 低溫階段冷卻速度小 

因?yàn)榻饘?工件)表面形成的隔離膜，要在金屬表面溫度低于逆溶點(diǎn)80℃以下時(shí)，才能向 淬火介質(zhì)中回溶完了。因此隔離膜的隔熱作用一直可以保持到低溫。另外，低溫階段時(shí)聚合物大分子運(yùn)動(dòng)緩慢，流動(dòng)性差，對(duì)流熱傳導(dǎo)效果弱。由于這兩個(gè)原因，使金屬工件的低溫冷卻階段，即相變階段的冷卻速度不大，因而對(duì)減小組織應(yīng)力，防止淬 火開裂有利。這種有利作用，對(duì)較高濃度的淬火介質(zhì)溶液更為明顯。由于鋁合金固溶處理時(shí)，要求在400℃—250℃之間快冷，較高濃度的PQA淬火介質(zhì)溶液能滿足這一冷卻特點(diǎn)要求。 

2．鋁合金淬火的應(yīng)用 

2．1 濃度選擇 

2．1．1 鋁合金鈑金件厚度為0.8～3mm時(shí)選用20～30％PQA。厚度大者選用下限。薄者用上限。 

2．1．2 鋁合金鑄件選用20～25 PQA，零件及其厚度大者取下限，零件及其厚度小者取上限。 

2．2 固溶并時(shí)效后的機(jī)械性能 

LY12不同厚度板材按常規(guī)加熱后，在不同濃度PQA淬火介質(zhì)淬火并自然時(shí)效后的機(jī)械性能如表1所示。由表1可知，測(cè)試數(shù)據(jù)均在冶標(biāo)規(guī)定值以上。

表1 不同厚度LY12板材在不同淬火介質(zhì)介質(zhì)中淬火并自然時(shí)效后的性能 

屈服強(qiáng)度，板厚1mm和2mm的LY12板材，拉伸試驗(yàn)中的σ0.2值，略比水淬的高。 

疲勞試驗(yàn)的試樣如圖2所示。

 
圖2 反復(fù)彎曲疲勞試樣

因條件所限，試驗(yàn)是對(duì)比性的。試樣于硝鹽爐（500±℃）加熱后，分別在水、30%PQA淬火介質(zhì)中淬火，自然時(shí)效后在反復(fù)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，頻率為1240次／分。在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力σ-1為9kg／mm2條件下，l毫米厚的板材試驗(yàn)表明，在30％PQA淬火介質(zhì)溶液中淬火的與用水淬火的相比較，Lyl2板材斷裂周次N比較接近。 

斷裂試樣的數(shù)量（占試樣總數(shù)的百分率）水淬的為75%，30%PQA淬火的為43%。斷裂的平均壽命，水淬的為0.9X106次，而30%PQA淬火介質(zhì)淬火的為1.06×106次。因此可以說明用常規(guī)水淬火的，與PQA淬火介質(zhì)淬火的有關(guān)疲勞數(shù)據(jù)，基本上為同一水平。但從所作的疲勞試驗(yàn)來看，30%PQA淬火介質(zhì)淬火的效果，有更好的趨向。 

綜上所述，用PQA水溶液作為淬火介質(zhì)，對(duì)鋁合金板材的機(jī)械性能，與水淬火相比較，都毫無遜色之處。 

3．變形效果 

多種鈑金件在PQA淬火介質(zhì)中淬火后的變形統(tǒng)計(jì)表明，同水淬火相比，可減小淬火變形50～90％。部分鈑金件淬火變形比較如表2。 

表2 

4．晶間腐蝕 

LYl2板材在厚度小于3mm時(shí)，于所述濃度的PQA淬火介質(zhì)中淬火，自然時(shí)效后，沒有晶間腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。 

將LYl2鋁板于PQA淬火介質(zhì)中淬火并時(shí)效后，在切取的橫截面(無包鋁影響)上，將試樣打磨、拋光，在室溫(26～28℃)下，于100毫升水加2毫升鹽酸和3克氯化鈉溶液中進(jìn)行腐蝕，在顯微鏡下觀察是否出現(xiàn)晶界腐蝕現(xiàn)象。結(jié)果表明，在濃度為30%PQA淬火介質(zhì)以下水溶液冷卻3mm厚的LY12板材（表面無包鋁），經(jīng)24、48、72小時(shí)腐蝕，均無晶間腐蝕。濃度低的PQA淬火介質(zhì)，更不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。 

5．淬火介質(zhì)配制 

5．1 淬火槽 

△ 淬火槽可用鋼結(jié)構(gòu)和水泥結(jié)構(gòu)。但鋼結(jié)構(gòu)不得隨意進(jìn)行涂漆保護(hù)，有些漆與PQA沒有相溶性，以致造成對(duì) 淬火介質(zhì)的污染。 

△ 淬火槽的容量，每公斤淬火金屬，推薦用10公斤PQA淬火介質(zhì)溶液。生產(chǎn)批量大，或連續(xù)淬火時(shí)，應(yīng)按每公斤金屬需有15公斤淬火介質(zhì)溶液的容量配制。 

5．2 淬火介質(zhì)溶液配制 

△ 按體積濃度配淬火介質(zhì)溶液。即先向淬火槽中放入所需體積的水，而后向水中倒入所需體積的PQA淬火介質(zhì)原液。因PQA淬火介質(zhì)比重大于水，故剛剛倒入的PQA淬火介質(zhì)原液會(huì)沉于底部，所以配制時(shí)要求攪拌，直至均勻溶液為至。在正常使用條件下，PQA淬火介質(zhì)溶液不結(jié)晶、不析出，而且有自動(dòng)混勻作用，所以不需攪拌。 

△ 按高度配制淬火介質(zhì)溶液。即淬火槽為規(guī)則立方、正方＼園筒形時(shí)，可用高度代表濃度。例如需要淬火溶液高度為1米時(shí)，放入到0.8米高度的水，而后再倒入0.2米高度的PQA淬火介質(zhì)原液，即為20％濃度的PQA淬火介質(zhì)溶液。 

△ 放熱反應(yīng)。 PQA淬火介質(zhì)原液加水時(shí)，有放熱現(xiàn)象，加之配制時(shí)的攪拌，溶液中會(huì)產(chǎn)生細(xì)微氣泡，溫度有所增高。因此配制后最好擱置3—4小時(shí)，使溫度降低、氣泡消失，再投入使用。 

6．淬火介質(zhì)管理 

6．1 濃度測(cè)定 

在淬火生產(chǎn)中，零件冷卻后對(duì)PQA淬火介質(zhì)聚合物有帶耗現(xiàn)象。但濃度低時(shí)，帶耗輕微，只有高濃度時(shí)，帶耗問題不可忽視。在聚合物帶耗的同時(shí)，水也蒸發(fā)。所以原配濃度，在經(jīng)一段周期的生產(chǎn)后，可能會(huì)發(fā)生變化，影響淬火效果。因此應(yīng)定期檢測(cè)淬火槽中淬火介質(zhì)溶液濃度。精確檢測(cè)濃度可用阿貝折射儀。工程應(yīng)用中可用糖量計(jì)檢測(cè)濃度，精度足夠。 

6．2 淬火介質(zhì)的溫度控制 

連續(xù)淬火中，淬火介質(zhì)由于與工件的熱交換，可能使淬火介質(zhì)的溫度升高。雖然PQA淬火介質(zhì)的濁點(diǎn)、逆溶點(diǎn)均在80℃以上，但建議 淬火介質(zhì)的溫升應(yīng)控制60℃以下，以防降低淬火效果。 

6．3 淬火鹽帶入量的極限 

PQA淬火介質(zhì)與空氣爐、氣氛爐配套使用時(shí)不存在鹽的帶入問題。當(dāng)鹽浴爐加熱，零件于PQA淬火介質(zhì)中冷卻時(shí)，淬火加熱鹽便帶入溶液中，天長日久，淬火介質(zhì)溶液中鹽的含量增高。淬火介質(zhì)溶液中含鹽量小于8％時(shí)，對(duì)冷速影響不大，超過8％，會(huì)增大冷卻速度，影響淬火效果。因此建議PQA淬火介質(zhì)中的含鹽量應(yīng)控制在8％以下。 

PQA淬火介質(zhì)中含鹽量的判斷，可從淬火效果衡量。另一種辦法是用精密比重計(jì)測(cè)定淬火介質(zhì)的比重。當(dāng)淬火介質(zhì)的濃度一定時(shí)，比重一定。當(dāng)淬火介質(zhì)中含鹽時(shí)，比重增大，而且含鹽量與比重有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，故在原配淬火介質(zhì)溶液濃度一定時(shí)，測(cè)定淬火介質(zhì)比重可粗略知道鹽量大小。 

6．4 淬火介質(zhì)的回收及重復(fù)使用 

△ 回收范圍；鋁合金淬火應(yīng)用高濃度的PQA淬火介質(zhì)淬火，淬火后在清水中清洗時(shí)，PQA淬火介質(zhì)聚合物溶于清水。這種溶有PQA淬火介質(zhì)聚合物的水溶液，可將其中的聚合物回收。淬火介質(zhì)中含鹽量過高時(shí)也可以回收。 

△ 回收的辦法：將PQA淬火介質(zhì)溶液加熱到逆溶點(diǎn)以上溫度，停止加溫后聚合物便沉于溶器底部。此時(shí)將浮于聚合物上面的水放掉，則溶解的鹽隨水帶走。將沉于底部的聚合物加熱到110℃脫水。脫水后的聚合物便是原液PQA淬火介質(zhì)?；厥盏腜QA淬火介質(zhì)與新購未用過的PQA淬火介質(zhì)在特性上沒有差別，故可重配使用。 

7. 結(jié)束語 

鋁合金加熱后在一定濃度的PQA淬火介質(zhì)聚合物水溶液中淬火(固溶)冷卻并時(shí)效后，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、疲勞強(qiáng)度都略優(yōu)于水淬冷卻，且無晶間腐蝕。與水淬相比，淬火狀態(tài)的變形量減小了50—90%，大大降低了校形工作量，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度