專利名稱：減壓淬火用淬火油及淬火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減壓淬火用淬火油及淬火方法，更具體的，涉及一種減壓淬火用淬火油，單獨(dú)使用該種淬火油即能夠?qū)Ω鞣N金屬材料在最適條件下實(shí)施淬火，及使用該淬火油的淬火方法。
背景技術(shù)：
淬火油用來進(jìn)行淬火處理，以使諸如鋼之類的金屬材料快速冷卻以硬化。因此，淬火油要求具有較高的冷卻特性。
但是，一般而言，在淬火處理過程中，當(dāng)淬火油的冷卻特性太高時(shí)，就會(huì)發(fā)生淬火變形等現(xiàn)象。相反，當(dāng)抑制淬火變形時(shí)，冷卻特性即變的不足，導(dǎo)致淬火硬度的缺乏。因此，很難同時(shí)滿足淬火硬度，淬火變形等要求。因此，有兩種類型的淬火油，即所謂的冷油和熱油(等溫淬火油)。
因?yàn)槔溆屯ǔＪ褂玫驼扯然停虼司哂懈呃鋮s特性。但是，由于它的蒸汽膜階段(vapor blanket stage)較長(zhǎng)，容易發(fā)生淬火不均衡，因此容易發(fā)生淬火變形。所以，在許多實(shí)例中，會(huì)混合使用蒸汽膜破碎劑以縮短蒸汽膜階段。與此相反，由于熱油通常使用高粘度基油，它有一個(gè)較短的蒸汽膜階段，因此產(chǎn)生較低的淬火變形。但是，由于它的沸點(diǎn)和對(duì)流階段開始溫度較高，它的冷卻特性較低。因此，當(dāng)重點(diǎn)在于淬火體的硬度時(shí)，就使用冷油，當(dāng)重點(diǎn)在于抑制淬火體的變形時(shí)，就使用熱油。換句話說，要根據(jù)淬火材質(zhì)來選擇和使用淬火油，因此，在每次淬火過程中要被迫改變淬火油。
與此相反，可以通過使用高粘度淬火油進(jìn)行減壓淬火處理延長(zhǎng)和穩(wěn)定蒸汽膜階段，從而抑制淬火變形，，并且改變冷卻性能(例如，參考專利文獻(xiàn)1)。
但是，由于當(dāng)蒸汽膜階段通過實(shí)施減壓淬火而延長(zhǎng)，冷卻性能變得不足，導(dǎo)致諸如淬火體硬度變小等缺乏廣泛的適用性，并且在根據(jù)金屬材料的材質(zhì)不同進(jìn)行淬火時(shí)可能出現(xiàn)瑕疵。因此，需要發(fā)明一種淬火油和淬火方法，單獨(dú)使用即能夠根據(jù)具有不同材質(zhì)和形狀的金屬材料抑制淬火變形，并且通過其自身冷卻特性的廣泛適用性，不需要改變淬火油即能夠提供適當(dāng)?shù)睦鋮s特性。
專利文件1日本專利申請(qǐng)公開號(hào)NO.Hei 07-54038發(fā)明內(nèi)容根據(jù)上述觀點(diǎn)實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明還提供一種淬火油，其能夠單獨(dú)表現(xiàn)出從冷油到熱油的廣泛的冷卻特性。此外，本發(fā)明提供一種淬火方法，其通過使用一種單獨(dú)的淬火油表現(xiàn)出從冷油到熱油的廣泛的冷卻特性。
本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過使用一種含有運(yùn)動(dòng)粘度(kinematic viscosity)為某一特定值或以上的基油并混合蒸汽膜破碎劑的淬火油，調(diào)整在淬火過程中減壓淬火油表面的壓力，其冷卻性能可以得到大范圍的調(diào)整。本發(fā)明基于這樣的發(fā)現(xiàn)得以完成。
換句話說，本發(fā)明提供(1)一種減壓淬火用淬火油，其含有一種在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為40mm2/秒或者以上的基油(A)，混合一種蒸汽膜破碎劑(B)；(2)上述(1)所述的減壓淬火用淬火油，其在JIS K 2242的熱處理油測(cè)試中，基油的特征時(shí)間為2.5或者更少；(3)上述(1)或者(2)所述的減壓淬火用淬火油，其中基油在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為40至300mm2/秒；(4)上述(1)、(2)或者(3)所述的減壓淬火用淬火油，蒸汽膜破碎劑的混入量為淬火油的5質(zhì)量％或更多；(5)一種使用上述(1)、(2)、(3)或者(4)所述的淬火油，在調(diào)整油面壓力同時(shí)實(shí)施淬火的淬火方法；及(6)上述(5)所述的淬火方法，其中油面壓力的調(diào)整范圍為從正常壓力至13kPa。
根據(jù)本發(fā)明的淬火油及淬火方法，通過調(diào)整油面壓力，可以在廣泛的范圍內(nèi)改變冷卻特性，同時(shí)保持蒸汽膜階段的適當(dāng)長(zhǎng)度。因此，使得單獨(dú)使用一種淬火油而不需要改變淬火油即可對(duì)不同金屬材料實(shí)施淬火處理成為可能。
本發(fā)明最佳實(shí)施方式在本發(fā)明的淬火油中，使用一種在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為40mm2/秒或者以上，優(yōu)選40至300m2/秒的基油作為基油(A)。
因?yàn)?，?dāng)在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度小于40mm2/秒時(shí)，蒸汽膜階段變長(zhǎng)，冷卻性能可能變低，可能發(fā)生淬火不均衡，可能導(dǎo)致淬火變形。
此外，本發(fā)明使用的基油在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度的上限并沒有特別限定，但是，優(yōu)選300mm2/秒或者更小。當(dāng)運(yùn)動(dòng)粘度為300mm2/秒或者更小時(shí)，冷卻性能可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)保持蒸汽膜階段的適當(dāng)長(zhǎng)度。
此外，本發(fā)明使用的基油在JIS K 2242的熱處理油測(cè)試中，有一種特征時(shí)間，優(yōu)選2.5或者更少，更優(yōu)選擇為2.0或者更少。特征時(shí)間是指蒸汽膜達(dá)到某一溫度所要求的時(shí)間，在該溫度，蒸汽膜在JIS K 2242定義的冷卻性能測(cè)試中破碎，從而量化了蒸汽膜階段的長(zhǎng)度。由于特征時(shí)間為2.5或者更少時(shí)冷卻性能良好，因此能夠抑制因出現(xiàn)淬火不均衡而發(fā)生的淬火變形。
此外，關(guān)于本發(fā)明所使用的基油，當(dāng)其滿足上述條件時(shí)即能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但是，一般而言，其還需具有下列更多特性本發(fā)明所用基油的閃點(diǎn)(flash point)優(yōu)選230℃或者更高，特別是250℃或者更高。當(dāng)閃點(diǎn)為230℃或者更高時(shí)，可抑制由于基油中所含的輕質(zhì)成分蒸發(fā)而導(dǎo)致的冷卻性能隨時(shí)間的改變，也能獲得良好的安全性。
此外，出于與上述提高閃點(diǎn)溫度的同樣目的，本發(fā)明所用基油最好含有5質(zhì)量％含量或者更少的沸點(diǎn)低于400℃的輕餾分。
尤其是，本發(fā)明所用基油，一般使用礦物油。關(guān)于本發(fā)明所具體使用的礦物油，能夠提到的有，通過常壓蒸餾石蠟基原油、中間原油、環(huán)烷基原油、芳香基原油或者類似原油而獲得的蒸餾油，或者通過減壓蒸餾常壓蒸餾的蒸余油而獲得的蒸餾油，通過用傳統(tǒng)方法精煉這些油料而獲得的成品油，例如，溶劑精制油、加氫精制油、加氫裂解精制油、溶劑脫蠟精制油或者加氫脫蠟精制油、粘土處理油及類似油。此外，也可以使用下列油烷基苯，烷基萘，α-烯烴低聚物(α-olefin oligomer，PAO)，α-烯烴共聚物，聚丁烯，二元酸酯，受阻酯(hindered ester)，聚亞氧烷基乙二醇，聚亞氧烷基乙二醇酯，聚亞氧烷基乙二醇醚，硅油和類似物。
這些基油能夠單獨(dú)使用或者兩種或以上混合使用。但是，當(dāng)混合低粘度基油和高粘度基油時(shí)，最好防止閃點(diǎn)變低，或者防止低于400℃的輕餾分增加，因?yàn)橛袑?shí)例表明由于低粘度基油的存在導(dǎo)致不能保持足夠高的閃點(diǎn)或者提供了大量的輕餾分。
在本發(fā)明的淬火油中，一種蒸汽膜破碎劑(B)混入上述基油(A)。通過蒸汽膜破碎劑與上述基油的混合，在減壓及類似條件下縮短了基油的蒸汽膜階段，從而擴(kuò)大了冷卻性能的調(diào)整范圍。
蒸汽膜破碎劑并沒有具體限定。可以使用混入冷油的傳統(tǒng)蒸汽膜破碎劑。尤其是，可以是一種如乙烯-α-烯烴共聚物，聚烯烴，聚甲基丙烯酸酯，一種如瀝青及類似物的高分子有機(jī)聚合物，和一種油-彌散型無機(jī)化合物?？梢詥为?dú)使用這些蒸汽膜破碎劑中的一種，或者結(jié)合使用兩種或以上的蒸汽膜破碎劑。
蒸汽膜破碎劑的混入量沒有具體限定，混入1質(zhì)量％或者以上即可產(chǎn)生效果，但是，5質(zhì)量％或者以上及進(jìn)一步的6質(zhì)量％或者以上會(huì)更加有效。
蒸汽膜破碎劑混入量的上限沒有具體限定，但是優(yōu)選30質(zhì)量％或者更少的，特別是20質(zhì)量％或者更少。當(dāng)蒸汽膜破碎劑混入量為30質(zhì)量％或者更少時(shí)，即可能抑制諸如淬火油粘度等特性的改變。
在不影響本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，必要時(shí)，本發(fā)明的淬火油還可配加添加劑?？梢耘e出的添加劑的例子有變質(zhì)酸(deteriorated acid)中和劑，抗氧劑，亮度改進(jìn)劑及類似添加劑。關(guān)于變質(zhì)酸中和劑，可以舉出的例子有水楊酸鹽，亞磺酸鹽，磺酸鹽，和堿土金屬類似物。堿土金屬可以是鈣、鎂，鋇及類似物。此外，抗氧劑可以是胺基抗氧劑，受阻酚基抗氧劑及其類似物。此外，亮度改進(jìn)劑可以是脂肪和油，含脂肪酸的脂肪和油，烯基琥珀酰胺，替代的羥基芳香羧酸酯(hydroxyaromatic carboxylate ester)衍生物，及其類似物。
其次，本發(fā)明的淬火方法是通過使用上述淬火油進(jìn)行淬火，同時(shí)調(diào)整熱處理爐中的油面壓力的淬火方法。即，它是這樣一種淬火方法使用諸如真空爐或真空滲碳爐的密封熱處理爐，根據(jù)淬火處理的目的，通過從常壓到減壓的調(diào)整淬火油的油面壓力，進(jìn)而調(diào)整冷卻特性，進(jìn)行淬火。在本發(fā)明中，油面壓力的調(diào)整范圍優(yōu)選常壓(約0.1MPa)至13kPa。當(dāng)油面壓力在上述范圍之內(nèi)時(shí)，混合蒸汽膜破碎劑的效果是很好的。通過在上述范圍內(nèi)調(diào)整油面壓力，即可至少在0.10至0.14/cm的范圍內(nèi)調(diào)整代表冷卻性能的淬火強(qiáng)度(H值)，同時(shí)將特征時(shí)間保持在2.5或者更小。
上述淬火強(qiáng)度通常稱為H值，該數(shù)值表示冷卻性能，并能夠根據(jù)在JIS K2242熱處理油測(cè)試的冷卻曲線上從800℃冷卻到300℃所需要的時(shí)間計(jì)算出該數(shù)值。
此外，由于通常冷油的H值范圍為0.12至0.14，通常熱油的H值范圍為0.10至0.12，根據(jù)本發(fā)明的淬火方法，其可能涵蓋通常冷油和熱油的H值范圍。
尤其是，當(dāng)淬火油作為冷油使用時(shí)，進(jìn)行淬火時(shí)要將油面壓力調(diào)整的較低，約15至70kPa；當(dāng)淬火油作為熱油使用時(shí)，進(jìn)行淬火時(shí)要將油面壓力調(diào)整的較高，約80至101kPa。通過這種方式，即可能將單獨(dú)一種淬火油既用作冷油，也用作熱油，而不需要換油。
進(jìn)一步地，本發(fā)明淬火方法的另一方面包括，當(dāng)對(duì)一個(gè)淬火部件進(jìn)行淬火時(shí)，通過在淬火處理過程中改變油面壓力來實(shí)施淬火的方法。
例如，在減壓下進(jìn)行蒸汽膜階段，然后壓力迅速增加至常壓或者接近常壓的淬火方法。根據(jù)該方法，可能較快地進(jìn)入沸騰階段，從而能夠提高冷卻性能，同時(shí)抑制淬火變形。此外，與此相反，可以舉出的淬火方法例子有，在常壓或者接近常壓下開始淬火，迅速減小壓力，同時(shí)破碎蒸汽膜。根據(jù)這種方法，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大沸騰階段而不會(huì)延長(zhǎng)蒸汽膜階段的效果。
此外，在本發(fā)明的淬火方法中，淬火是通過調(diào)整油面壓力實(shí)施的，但是，同時(shí)也可以使用諸如改變油溫或者改變攪拌流速及類似方法。從而，可使冷卻性能(H值)的調(diào)整范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大。
實(shí)施例其次，本發(fā)明通過下述實(shí)施例和比較例進(jìn)一步詳細(xì)解釋，但是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。在此，通過下列方法達(dá)到諸如冷卻特性的性能。
(1)冷卻性能的測(cè)試方法JIS K 2242定義的冷卻性能的測(cè)試方法是通過使用配有以調(diào)整油面壓力的真空室的測(cè)試裝置實(shí)施，測(cè)量不同壓力下的冷卻曲線以獲得特征時(shí)間和每種壓力下的H值。
(2)特征時(shí)間根據(jù)上述冷卻曲線測(cè)量出的達(dá)到特征溫度所要求的時(shí)間即為特征時(shí)間。
(3)H值根據(jù)Osaka大學(xué)冷卻力評(píng)估方法，使用冷卻曲線中從800℃到300℃所需的時(shí)間可求得H值。
實(shí)施例1使用一種淬火油，其含有在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為90mm2/s，特征時(shí)間為2.3，閃點(diǎn)為265℃，在400℃以下具有2質(zhì)量％的輕餾分的基礎(chǔ)材料，混合瀝青蒸汽膜破碎劑，該瀝青蒸汽膜破碎劑為從NIHON CHEMICALS HANBAIKABUSHIKI KAISHA中可以得到的石油精煉的剩余物，具有在100℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為500mm2/s，占淬火油的12質(zhì)量％，分別在常壓(101kPa)、66.7kPa、40.0kP和13.3kPa的壓力測(cè)量冷卻曲線，以得到特征時(shí)間和H值。其結(jié)果示于表1。
表1

如表1所示，在本發(fā)明所述的淬火油中，通過將油面壓力從常壓至40.0KPa進(jìn)行改變，在特征時(shí)間為2.0或更小時(shí)，H值能夠在0.10至0.14范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
實(shí)施例2使用一種淬火油，其含有在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為100mm2/s，特征時(shí)間為2.2，閃點(diǎn)為270℃，在400℃以下具有0質(zhì)量％的輕餾分的基礎(chǔ)材料，混合從IdemituKosan Co.，Ltd可以得到的聚丁烯蒸汽膜破碎劑，其數(shù)均分子量為2000，占淬火油的7質(zhì)量％，分別在常壓(101kPa)、40.0kPa和13.3kPa的壓力測(cè)量冷卻曲線，以得到特征時(shí)間和H值。其結(jié)果示于表2。
表2

如表2所示，在本發(fā)明所述的淬火油中，通過將油面壓力從常壓至40.0KPa進(jìn)行改變，在特征時(shí)間為2.3或更小時(shí)，H值能夠在0.11至0.14范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
實(shí)施例3使用一種淬火油，其含有在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為400mm2/s，特征時(shí)間為1.0，閃點(diǎn)為300℃，在400℃以下具有0質(zhì)量％的輕餾分的基礎(chǔ)材料，混合(實(shí)施例1使用的瀝青)蒸汽膜破碎劑，占淬火油的5質(zhì)量％，H值和特征時(shí)間以類似于實(shí)施例2的方法得到。其結(jié)果示于表3。
表3

如表3所示，在本發(fā)明所述的淬火油中，通過將油面壓力從常壓至13.3kPa進(jìn)行改變，在特征時(shí)間為2.5或更小時(shí)，H值能夠在0.09至0.14范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
比較例1使用一種淬火油，其含有在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為30mm2/s，特征時(shí)間為3.4，閃點(diǎn)為220℃，在400℃以下具有15質(zhì)量％的輕餾分的基礎(chǔ)材料，混合瀝青蒸汽膜破碎劑(與實(shí)施例1使用的相同)，占淬火油的15質(zhì)量％，H值和特征時(shí)間以類似于實(shí)施例2的方法得到。其結(jié)果示于表4。
表4

如表4所示，使用在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為30mm2/s的淬火油，即使在油面壓力從常壓至13.3KPa進(jìn)行改變時(shí)，在特征時(shí)間為2.5或更小時(shí)，可調(diào)整的H值只能保持在0.12附近。
比較例2使用一種淬火油，其含有在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為12mm2/s，特征時(shí)間為6.0，閃點(diǎn)為170℃，在400℃以下具有80質(zhì)量％的輕餾分的基礎(chǔ)材料，混合瀝青蒸汽膜破碎劑(與實(shí)施例1使用的相同)，占淬火油的15質(zhì)量％，H值和特征時(shí)間以類似于實(shí)施例2的方法得到。其結(jié)果示于表5。
表5

如表5所示，使用40℃運(yùn)動(dòng)粘度為12mm2/s基油的淬火油，即使在油面壓力從常壓至13.3KPa進(jìn)行改變時(shí)，在特征時(shí)間為2.5或更小時(shí)，可調(diào)整的H值只能保持在0.14附近。
比較例3使用一種淬火油，其含有在40℃下運(yùn)動(dòng)粘度為200mm2/s，特征時(shí)間為1.1，閃點(diǎn)為280℃，含有2質(zhì)量％的低于400℃的輕餾分的基礎(chǔ)材料，不混合蒸汽膜破碎劑，H值和特征時(shí)間以類似于實(shí)施例2的方法得到。其結(jié)果示于表6。
表6

如表6所示，不混合使用蒸汽膜破碎劑的淬火油，在油面壓力從常壓至13.3kPa進(jìn)行改變時(shí)，H值為0.11或更小，并且不能將其調(diào)整到高于該值。
工業(yè)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的淬火油和淬火方法，由于冷卻特性能夠大范圍的進(jìn)行改變，同時(shí)通過在淬火過程中調(diào)整油面壓力將特征時(shí)間保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹担鼈兛梢宰鳛閱为?dú)使用一種油來對(duì)各種金屬材料進(jìn)行最優(yōu)淬火的淬火油和淬火方法。
權(quán)利要求
1.一種減壓淬火用淬火油，其含有一種在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為40mm2/秒或者以上的基油(A)，并混合一種蒸汽膜破碎劑(B)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的減壓淬火用淬火油，其中所述基油在JIS K 2242的熱處理油測(cè)試中，該基油的特征時(shí)間為2.5或者更少。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的減壓淬火用淬火油，其中所述基油在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為40至300mm2/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的減壓淬火用淬火油，所述蒸汽膜破碎劑的混入量為所述淬火油的5質(zhì)量％或者更多。
5.一種使用權(quán)利要求1至4的任一所述的減壓淬火用淬火油，在調(diào)整油面壓力同時(shí)實(shí)施淬火的淬火方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中的淬火方法，其中所述油面壓力的調(diào)整范圍為常壓至13kPa。
全文摘要
一種含有在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為40mm
文檔編號(hào)C22F1/16GK1930309SQ200580007420
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者市谷克實(shí), 武石誠(chéng) 申請(qǐng)人:出光興產(chǎn)株式會(huì)社