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通过十余年的推广应用，PAG淬火剂在国内已经得到相当广泛的应用，应用的类型主要有整体浸淬，感应加热后喷淋淬火与时效硬化铝合金的固溶加热淬火。但是，因为不够了解工艺参数影响PAG淬火液冷却特性的规律，以致不时出现一些本来可以避免的失误。针对这样一来的需要，本文说明PAG淬火液的浓度、液温和相对流速影响淬火冷却速度的原理、特点和协调应用方法。理解了各工艺参数影响淬火冷却特性的规律，就能自如地应付现场可能的情况变化，减少不必要失误，用好PAG淬火介质。

一、浓度的影响分析

自来水加入适量PAG淬火剂就成为PAG淬火液。因此，浓度是影响冷却特性的第一大因素。为什么浓度变化能改变工件的冷却速度呢？这可以用图1加以说明。

图 1中，纵坐标是温度，横坐标是距工件表面的距离。红热的工件浸入PAG淬火液后立即使其周围的水温升高，形成如图中所示的温度分布曲线。离工件表面越进，液温越高。在高出该淬火液浊点的液层（δ）内，原来溶解在其中的PAG聚合物会脱溶出来。依靠PAG对钢件表面极强的润湿性，脱溶出来的聚合物很容易以富水的包膜形式粘附在钢件表面上。聚合物膜减缓了工件向周围水溶液的散热速度。溶液浓度越高，厚度为δ的液层中脱溶出来的聚合物就越多，可能在工件表面形成的聚合物就越厚，工件的冷却速度也就越慢。这就是PAG淬火介质调节水的冷却特性的原理。

图2是浓度变化对PAG淬火剂今禹8-20冷却特性的影响曲线。

可以看出，浓度在5%以下时，虽然PAG淬火液降低低温冷却速度的作用很小，但由于脱溶出来的PAG聚合物对工件表面有远高于水的润湿性，可缩短冷却的蒸气膜阶段而提高高温冷却速度，使工件上不同部位获得基本均匀的冷却效果。这一特点不仅使低浓度的PAG淬火液适于处理45钢还可以部分代替碱水用于淬低碳钢工件。随着今禹8-20浓度升高，淬火液的冷却速度会逐渐降低。超过12%后，进一步提高浓度对冷却速度的影响相对较小。不管对何种水溶性淬火剂，热处理工作者最关心的是它降低自来水低温冷却速度的能力。通常用淬火液的300℃冷却速度代表它的低温冷却速度。图3是浓度变化对今禹8-20淬火液的 300℃冷却速度的影响曲线。

对多数PAG淬火剂来说，达到15%后继续提高浓度往往只能加长冷却的蒸气膜阶段，而中低温冷却速度几乎不再继续往下降。由于这个原因，往往可以用 15%～18%浓度的冷却特性代表不同品种PAG淬火剂调节自来水低温冷却特性的极限能力。15%浓度的低温冷却速度越低，该PAG淬火剂品种防止淬裂的能力也就越强。

值得注意的是，在6%～12%的范围内，冷却速度对浓度变化特别敏感。当使用的浓度（用久了的淬火液为有效浓度）在这一范围时，应当对浓度做严格管理。

二、液温的影响分析

液温对PAG淬火液冷却特性的影响是由两个方面的作用组成。第一是液温对作为溶质的水的冷却特性的影响；第二是液温对红热工件周围形成的脱溶层厚度的影响，即对PAG聚合物成膜特性的影响。

水温的影响是热处理工作者所熟悉的。这种影响大致是：水温升高，工件与水的温度差就减小。温差小，周围的水就容易达到沸腾温度，蒸气膜阶段就长。蒸气膜阶段长，进入沸腾阶段的温度就低，因此沸腾阶段的冷却速度也就不高。此外，温差小，对流阶段的冷却速度也随之减小，淬火冷却的低温冷速也稍有减小，如图4所示。

下面再来分析一下液温高低对PAG的成膜特性的影响。液温对PAG成膜特性的影响主要指对工件周围脱溶层（δ）厚度的影响。图5可表示液温的影响。

图中，液温2高于液温1，它们分别在工件周围形成自己的液温分布曲线。可以看出，液温高，工件的脱溶层就厚，脱溶出来的PAG聚合物就多，则工件表面形成的聚合物包膜就厚，淬火冷却速度就低。液温高时，工件周围包膜内的水容易保持蒸气状态，体现在淬火冷却特性曲线上就是蒸气膜阶段变长。包膜越厚，包膜外面的水的沸腾就越不激烈，因此沸腾阶段的冷却速度也就越低。即便到了淬火冷却的中低温阶段，也能看出这种影响。

PAG淬火液的液温影响是上述两种影响复合的结果。图6中的a和b图分别是液温对10% 和15%的今禹8-20水溶液淬火冷却速度分布的影响曲线。值得注意的是，和单纯的水相比，它们在低温阶段的曲线是不相重叠的。这种不重叠是在工件表面形成的聚合物包膜有不同厚度的缘故。

PAG浓度越高，不同温度的曲线之间的间隔也就越大。这也是图5所分析的第二种影响所致。在图4中自来水的曲线上看不到这种现象。在自来水中逐渐增加PAG淬火剂浓度，这种间隔会增大。当浓度超过15%后，继续增高浓度，这种间隔的变化就很小了。

三、浊点高低对PAG淬火液冷却特性的影响

到此，有必要讨论不同PAG淬火介质品种的浊点高低问题。不同的PAG淬火剂有不同的浊点温度，因此浊点高低也是热处理工作者选择PAG淬火剂的考察因素。有的品种浊点高，有的品种浊点低。究竟是高好，还是低好呢？

我们可以用图7来加以分析说明。图7中，工件周围液温分布曲线一定的情况下，浊点低的PAG淬火剂脱溶层厚，而浊点高的脱溶层薄。脱溶层厚，可能形成的聚合物膜厚；相反，脱溶层薄的可能形成的聚合物膜则薄。也就是说，在相同浓度上，浊点低的品种可以获得更低的淬火冷却速度；而浊点高的则只能在很有限的范围降低水的淬火冷却速度。当一种PAG淬火剂的浊点高到水的沸点以上时，在常压下就不可能使聚合物脱溶出来，也就形不成聚合物包膜来调节工件的冷却特性。因此，PAG淬火剂的浊点不能太高。

另一方面，由于PAG淬火液要求的最高使用温度在其浊点以下约10℃，因此浊点越低，该种淬火液允许使用的温度范围就越窄；浊点越高则越宽。从这方面看，浊点过低也不好。

PAG淬火液浊点越低，降低冷却速度的作用越大；而浊点越高，允许的使用温度范围越宽，把这两方面的作用相协调，一般以中偏高浊点的品种为最佳。因此通常宜选择浊点在约70℃～75℃范围的PAG淬火剂品种。

四、相对流速的影响分析

相对流速的影响可从图8加以说明。

图中画出了两种不同流速下工件周围液体的温度分布线，曲线1的流速低于曲线2的流速。可以看出，流速高，达到浊点温度的水层就薄；流速低则厚。因此，从脱溶层厚度上说，工件与淬火液之间的相对流速越高，工件获得的冷却速度就越大；相反，就越小。

其次，图8中还可以看出，流速大，工件周围的温度差就大。大的温差当然也会增大冷却速度。此外，相对流动速度高对工件表面形成的聚合物包膜的冲刷作用也大，这会将结合得不紧密的外部聚合物冲走，而使包膜变薄，并因此使工件的冷却速度增大。

工件与淬火液之间的相对流速通过对脱溶层厚薄、温差大小以及冲刷作用强弱，而最终影响淬火冷却速度。图9是13%的今禹8-20淬火液处于静止和以每秒约 0.5米的速度搅动时的冷却速度分布。图中淬火液流动使蒸气膜阶段缩短，沸腾阶段的冷却速度加快，对流开始温度上升，对流温度以下的冷却速度也提高。总的说，增大工件与淬火液之间的相对流速可以在整个冷却过程中提高冷却速度。

利用相对流速大小对冷却速度的影响，可以同浓度、液温一起调节淬火液的冷却速度，以适应不同的热处理需要。

五、如何调节钢件的淬火冷却速度

淬火液的浓度、液温和与工件的相对流速是使用PAG淬火液时可以调节的三个基本工艺参数。这三个参数依表1所示规律影响工件获得的冷却速度：

表1 三个参数的变化对冷却速度的影响

参数

浓度

液温

相对流速

参数变化

提高

降低

提高

降低

提高

降低

冷却速度变化

降低

提高

降低

提高

提高

降低

a.利用浓度的影响