专利名称：淬火方法
技术领域：
本发明涉及淬火方法，特别涉及在减少淬火变形方面得到改进的淬火方法。
此前，采用一种即使在高油温条件下仍能很好工作的所谓热油(其100℃时的运动粘度约为10～30mm2/sec)的油剂来减少淬火变形。该型热油对减少淬火变形固然很有效，但常出现工件在此种油中淬火时不能迅速冷却，从而硬度不好的问题。结果，淬火工件的齿可能损坏或断裂，并且其疲劳寿命也不长。
另一方面，当采用冷油(其100℃时的运动粘度最高约为6mm2/sec)时，淬火工件虽然硬度高，但有变形增加的问题。
如上所述，淬火工件的硬度及其淬火变形是相克的当淬火工件的硬度重要时，应采用冷油；而当减少淬火变形重要时，则应采用热油。
可是，最近为了获得变形小而硬度符合要求的淬火工件，提出了一些方法。该方法使淬火浴槽在冷却步骤的一段时间内处于压力下。例如JP-A-61-79716公开的一种方法是在淬火工件达到Ms点附近以前，使淬火浴槽处于大气压力下，此后在Ms点左右时对其加压，以便控制浴槽内淬火油的沸点。这是为了减缓浴槽内的冷却速率。JP-A-4-28818公开的一种方法是在淬火工件达到Ms点附近以前，使淬火浴槽处于低压下，此后在Ms点左右时对其加压，以便控制浴槽内淬火油的沸点，这同样是为了减缓浴槽内的冷却速率。JP-A-8-60234公开的一种方法是在淬火浴槽达到其特性温度前处于压力下，当其低于特性温度以后，压力逐渐降低至大气压力或接近大气压。上述任何一种方法均能使淬火工件获得符合要求的硬度，但在减少淬火变形方面，这些方法仍存在改进的空间。
发明内容
本发明源自上述观点，其目的是提出一种能使所生产的淬火工件的变形小，且硬度符合要求的淬火方法。
本发明的发明人在经过仔细研究后，惊讶地发现如果被处理工件在浴槽内的整个冷却步骤中淬火浴槽的表面始终处于压力下，则上述目的将能有效地达到。根据此一发现，完成了本发明。
本发明具体地可简述如下1.一种使用冷却剂的淬火方法，其中被处理工件在淬火浴槽内的整个冷却步骤中，使淬火浴槽表面始终保持于压力下。
2.按照上述1的淬火方法，其特征是，该冷却剂为一种100℃时运动粘度最高为20mm2/sec的淬火油。
3.按照上述1的淬火方法，其特征是，该冷却剂为一种水溶性淬火液体。
4.按照上述1的淬火方法，其特征是，该方法实施时搅动冷却剂。
具体实施例方式
以下详细说明本发明。
本发明为一采用冷却剂的淬火方法，该方法是被处理工件在淬火浴槽内的整个冷却步骤中使淬火浴槽表面始终处于压力下。
在“被处理工件的整个冷却步骤中始终…”的表述中，该冷却步骤包含三个依次出现的时期蒸汽覆盖期、沸腾期和对流期。该表述意味着工件在整个冷却步骤中始终冷却。该蒸汽覆盖期是使用冷却剂的冷却步骤中的第一个时期。在该时期内，围绕着整个工件表面的冷却剂和被处理工件的高温金属表面接触而产生蒸汽，此时该工件只通过蒸汽覆盖层进行冷却。在其次的沸腾期内，该冷却剂在蒸汽覆盖层破坏后同工件直接接触，冷却剂围绕着工件剧烈沸腾。在此时期内，围绕工件的冷却剂的蒸发潜热使工件冷却，此时的冷却速率最高。在最后的对流期内，冷却剂的温度低于其沸点，于是冷却剂仅通过冷却剂的对流流动来吸收工件的热以便靠自己提高温度。因此在此时期内，工件仅靠其周围的冷却剂的对流进行冷却。
淬火浴槽的压力最好在100～980KPa之间。如果低于100KPa，则因接近大气压而失去效果；但如高于980KPa，则因冷却能力低而产生不利情况。压力可以保持相同，亦可不相同。
本发明使淬火浴槽表面在被处理工件的整个冷却步骤内始终处于压力下。其优点在于(以特性秒数表示的)蒸汽覆盖层长度在蒸汽覆盖期内减小，(以温度宽度表示的)宽度在沸腾期内减小，而对流期内的对流开始点增加。所有这些都有利于减少淬火工件的淬火变形，亦即在本发明的特定条件下，淬火工件的变形减小。但是当冷却剂为一种淬火油时，则可能对沸腾期和对流期内的淬火工件硬度有负面影响。因此在此情况下，被处理工件最好是薄工件、小工件以及用淬火性良好的材料制成的工件。
用作冷却剂的淬火油，其100℃时的运动粘度最好最高为20mm2/sec，因为这样在后处理时对淬火工件的可洗性无负面影响。
另一方面，当冷却剂为一种水溶性淬火液体时，和淬火油相似，作用于其上的压力在所有的蒸汽覆盖期、沸腾期和对流期内都有利于减少淬火变形。至于工件在淬火后的硬度，如果在大气压下和在水溶性淬火液体的冷却剂内使工件淬火，则工件的硬度将过高，并常出现裂纹；但如果在压力下淬火，则其硬度便好。因此对水溶性淬火液体的冷却剂加压有利于淬火工件的良好硬度。所以本发明对所有工件的冷却剂特别推荐使用水溶性淬火剂。
本发明认为在采用冷却剂的淬火过程中，搅动冷却剂更好，因为经过这样处理的工件淬火均匀。
本发明所使用的淬火浴槽应耐压，为此最好使用市场有售的真空炉或真空渗碳炉。也推荐使用闭式炉，因为能提高炉内的气密性。例如在炉子配备了向其内部输送清洗气的管路时，炉内压力可以增加到约980KPa。
在使用此种真空炉或真空渗碳炉被处理工件的情况下，工件在炉内真空中加热，并传送到内含冷却剂的淬火浴槽，然后置入浴槽内进行淬火。在此步骤中，工件可以在低压下从加热炉转移到淬火浴槽，或者换个方式，工件可以一次恢复到大气压，然后转移到淬火浴槽内。不管何种情况，一般应控制淬火浴槽的上侧，使施加的压力可从低压变到大气压。本发明使淬火浴槽表面处于压力下的方法是通过一条和浴槽连接的加压-恢复气体管路等向其施加压力，而工件便是在该条件下在浴槽内淬火。当需要缩短向浴槽加压的时间时，最好在浴槽上装配一个蓄压器一类的装置，这样便能在较短时间内对浴槽表面加压。
本发明一般使用矿物油作为淬火油。其包括例如用石蜡基原油通过大气压蒸馏得到的馏出油；中间体原油或环烷基原油；对这些原油经过大气压蒸馏后的剩余物再进行减压蒸馏得到的馏出油；类如溶剂-提纯油、氩化提纯油、脱蜡油、粘土处理油等的以普通方式提纯馏出油得到的纯化油。本发明也使用合成油，其包括类如聚α烯烃(PAO)、α烯烃共聚物、聚丁烯、烷基苯、多羟基酯、二元酸、聚氧亚烷基二醇、聚氧亚烷基二醇酯、聚氧亚烷基二醇醚、受阻酯和硅油等等。
对于本发明使用的水溶性淬火液体，例如将聚亚烷基二醇(PAG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸钠(SPA)、聚异丁烯顺丁烯二酸钠(PMI)或聚乙二醇(PEG)等的水溶性聚合物按1～50％的质量，最好为5～30％的质量溶于水得到。
除上述以外，本发明使用的冷却剂还可以选择性地含有任何其他添加剂，类如极压剂、去污分散剂、抗氧化剂、除泡剂以及不妨害本发明目的的冷却改良剂等。
实例本发明将参照下述实例进行更详细的说明，但是该实例并非旨在限制本发明的范围。实例1采用100℃时运动粘度为18.6mm2/sec的石蜡基矿物油作为淬火油，在下述条件下进行淬火试验。经过如此处理后的工件，其物理性能按照下述方法进行测量。试验数据列于表1内。淬火试验试件形状用SCM 420制成的环形薄片进行试验，其外径为80mm，内径为40mm，厚度为0.8mm。
淬火条件试件在850℃均匀加热1小时，然后在120℃的淬火油内处理。
淬火浴槽表面上的压力343KPa(高压)测量淬火变形圆度按上述淬火后，每片在六个点上用千分尺测量外径，得到这样测量的最大值与最小值之差。
测量硬度按照JIS Z 2245规定的洛氏硬度试验法测定每片淬火后的中心硬度。
测量可洗性将一块SPCC板(尺寸为60mm(长)×80mm(宽)×1.2mm(厚)的冷轧钢板)浸入本实例或比较实例采用的淬火油内，然后取出并原状保留一天再去油。接着用70℃的6％质量的碱性清洁剂清洗15分钟，转速为300rpm。比较实例1进行和实例1相同的淬火试验，不过淬火浴槽表面上的压力为98KPa(大气压)。试验数据列于表1内。实例2进行和实例1相同的淬火试验，不过采用100℃时运动粘度为31.5mm2/sec的石蜡基原油为淬火油。其试验数据列于表1内。
表 1
实例3采用水溶性淬火液体，其制备方法为将20％质量的Dn.PlasticQuench FQ(Idemitsu Kosan公司产品)溶于水中，在下述条件下进行淬火试验。经过如此处理的工件，其物理性能按下述方法进行测量。试验数据列于表2内。淬火试验试件形状用SUJ 2制成的圆柱状轴承环进行试验，外径为80mm，高为17mm，厚为5mm。
淬火条件试件在850℃均匀加热1小时，然后在40℃的淬火油内处理。
淬火浴槽表面上的压力343KPa(高压)。
测量淬火变形
椭圆变形经过上述淬火后，用圆度计测量每个环的外径，得到这样测量的最大值与最小值之差。如果在水溶性淬火液体内冷却不均，则环的椭圆变形增加。测量硬度按照JIS Z 2245规定的洛氏硬度试验法测量每个淬火环的中心硬度。比较实例2进行和实例3同样的淬火试验，不过淬火浴槽表面上的压力为98KPa(大气压)。试验数据列于表2内。
表 2
按照上文参考实施例所进行的详细说明，本发明的淬火方法使淬火工件的变形小而且硬度高。
权利要求
1.一种使用冷却剂的淬火方法，其中被处理工件在淬火浴槽内的整个冷却步骤中使淬火浴槽表面始终保持于压力下。
2.按照权利要求1所述的淬火方法，其特征是，该冷却剂为100℃时运动粘度最高为20mm2/sec的淬火油。
3.按照权利要求1所述的淬火方法，其特征是，该冷却剂为水溶性淬火液。
4.按照权利要求1所述的淬火方法，其特征是，该方法在冷却剂被搅拌时实施。
全文摘要
提出一种使淬火工件变形小和硬度符合要求的淬火方法，该淬火方法使用冷却剂，且进行特别控制，使被处理工件在淬火浴槽内的整个冷却过程中，淬火浴槽的表面始终处于压力下。
文档编号C21D1/62GK1434137SQ0310178
公开日2003年8月6日 申请日期2003年1月22日 优先权日2002年1月22日
发明者市谷克实, 武石诚 申请人:出光兴产株式会社