专利名称：减压淬火用淬火油及淬火方法
技术领域：
本发明涉及一种减压淬火用淬火油及淬火方法，更具体的，涉及一种减压淬火用淬火油，单独使用该种淬火油即能够对各种金属材料在最适条件下实施淬火，及使用该淬火油的淬火方法。
背景技术：
淬火油用来进行淬火处理，以使诸如钢之类的金属材料快速冷却以硬化。因此，淬火油要求具有较高的冷却特性。
但是，一般而言，在淬火处理过程中，当淬火油的冷却特性太高时，就会发生淬火变形等现象。相反，当抑制淬火变形时，冷却特性即变的不足，导致淬火硬度的缺乏。因此，很难同时满足淬火硬度，淬火变形等要求。因此，有两种类型的淬火油，即所谓的冷油和热油(等温淬火油)。
因为冷油通常使用低粘度基油，因此具有高冷却特性。但是，由于它的蒸汽膜阶段(vapor blanket stage)较长，容易发生淬火不均衡，因此容易发生淬火变形。所以，在许多实例中，会混合使用蒸汽膜破碎剂以缩短蒸汽膜阶段。与此相反，由于热油通常使用高粘度基油，它有一个较短的蒸汽膜阶段，因此产生较低的淬火变形。但是，由于它的沸点和对流阶段开始温度较高，它的冷却特性较低。因此，当重点在于淬火体的硬度时，就使用冷油，当重点在于抑制淬火体的变形时，就使用热油。换句话说，要根据淬火材质来选择和使用淬火油，因此，在每次淬火过程中要被迫改变淬火油。
与此相反，可以通过使用高粘度淬火油进行减压淬火处理延长和稳定蒸汽膜阶段，从而抑制淬火变形，，并且改变冷却性能(例如，参考专利文献1)。
但是，由于当蒸汽膜阶段通过实施减压淬火而延长，冷却性能变得不足，导致诸如淬火体硬度变小等缺乏广泛的适用性，并且在根据金属材料的材质不同进行淬火时可能出现瑕疵。因此，需要发明一种淬火油和淬火方法，单独使用即能够根据具有不同材质和形状的金属材料抑制淬火变形，并且通过其自身冷却特性的广泛适用性，不需要改变淬火油即能够提供适当的冷却特性。
专利文件1日本专利申请公开号NO.Hei 07-54038发明内容根据上述观点实施本发明，本发明还提供一种淬火油，其能够单独表现出从冷油到热油的广泛的冷却特性。此外，本发明提供一种淬火方法，其通过使用一种单独的淬火油表现出从冷油到热油的广泛的冷却特性。
本发明的发明者发现，通过使用一种含有运动粘度(kinematic viscosity)为某一特定值或以上的基油并混合蒸汽膜破碎剂的淬火油，调整在淬火过程中减压淬火油表面的压力，其冷却性能可以得到大范围的调整。本发明基于这样的发现得以完成。
换句话说，本发明提供(1)一种减压淬火用淬火油，其含有一种在40℃下运动粘度为40mm2/秒或者以上的基油(A)，混合一种蒸汽膜破碎剂(B)；(2)上述(1)所述的减压淬火用淬火油，其在JIS K 2242的热处理油测试中，基油的特征时间为2.5或者更少；(3)上述(1)或者(2)所述的减压淬火用淬火油，其中基油在40℃下运动粘度为40至300mm2/秒；(4)上述(1)、(2)或者(3)所述的减压淬火用淬火油，蒸汽膜破碎剂的混入量为淬火油的5质量％或更多；(5)一种使用上述(1)、(2)、(3)或者(4)所述的淬火油，在调整油面压力同时实施淬火的淬火方法；及(6)上述(5)所述的淬火方法，其中油面压力的调整范围为从正常压力至13kPa。
根据本发明的淬火油及淬火方法，通过调整油面压力，可以在广泛的范围内改变冷却特性，同时保持蒸汽膜阶段的适当长度。因此，使得单独使用一种淬火油而不需要改变淬火油即可对不同金属材料实施淬火处理成为可能。
本发明最佳实施方式在本发明的淬火油中，使用一种在40℃下运动粘度为40mm2/秒或者以上，优选40至300m2/秒的基油作为基油(A)。
因为，当在40℃下运动粘度小于40mm2/秒时，蒸汽膜阶段变长，冷却性能可能变低，可能发生淬火不均衡，可能导致淬火变形。
此外，本发明使用的基油在40℃下运动粘度的上限并没有特别限定，但是，优选300mm2/秒或者更小。当运动粘度为300mm2/秒或者更小时，冷却性能可以在较大范围内进行调整，同时保持蒸汽膜阶段的适当长度。
此外，本发明使用的基油在JIS K 2242的热处理油测试中，有一种特征时间，优选2.5或者更少，更优选择为2.0或者更少。特征时间是指蒸汽膜达到某一温度所要求的时间，在该温度，蒸汽膜在JIS K 2242定义的冷却性能测试中破碎，从而量化了蒸汽膜阶段的长度。由于特征时间为2.5或者更少时冷却性能良好，因此能够抑制因出现淬火不均衡而发生的淬火变形。
此外，关于本发明所使用的基油，当其满足上述条件时即能实现本发明的目的，但是，一般而言，其还需具有下列更多特性本发明所用基油的闪点(flash point)优选230℃或者更高，特别是250℃或者更高。当闪点为230℃或者更高时，可抑制由于基油中所含的轻质成分蒸发而导致的冷却性能随时间的改变，也能获得良好的安全性。
此外，出于与上述提高闪点温度的同样目的，本发明所用基油最好含有5质量％含量或者更少的沸点低于400℃的轻馏分。
尤其是，本发明所用基油，一般使用矿物油。关于本发明所具体使用的矿物油，能够提到的有，通过常压蒸馏石蜡基原油、中间原油、环烷基原油、芳香基原油或者类似原油而获得的蒸馏油，或者通过减压蒸馏常压蒸馏的蒸余油而获得的蒸馏油，通过用传统方法精炼这些油料而获得的成品油，例如，溶剂精制油、加氢精制油、加氢裂解精制油、溶剂脱蜡精制油或者加氢脱蜡精制油、粘土处理油及类似油。此外，也可以使用下列油烷基苯，烷基萘，α-烯烃低聚物(α-olefin oligomer，PAO)，α-烯烃共聚物，聚丁烯，二元酸酯，受阻酯(hindered ester)，聚亚氧烷基乙二醇，聚亚氧烷基乙二醇酯，聚亚氧烷基乙二醇醚，硅油和类似物。
这些基油能够单独使用或者两种或以上混合使用。但是，当混合低粘度基油和高粘度基油时，最好防止闪点变低，或者防止低于400℃的轻馏分增加，因为有实例表明由于低粘度基油的存在导致不能保持足够高的闪点或者提供了大量的轻馏分。
在本发明的淬火油中，一种蒸汽膜破碎剂(B)混入上述基油(A)。通过蒸汽膜破碎剂与上述基油的混合，在减压及类似条件下缩短了基油的蒸汽膜阶段，从而扩大了冷却性能的调整范围。
蒸汽膜破碎剂并没有具体限定。可以使用混入冷油的传统蒸汽膜破碎剂。尤其是，可以是一种如乙烯-α-烯烃共聚物，聚烯烃，聚甲基丙烯酸酯，一种如沥青及类似物的高分子有机聚合物，和一种油-弥散型无机化合物。可以单独使用这些蒸汽膜破碎剂中的一种，或者结合使用两种或以上的蒸汽膜破碎剂。
蒸汽膜破碎剂的混入量没有具体限定，混入1质量％或者以上即可产生效果，但是，5质量％或者以上及进一步的6质量％或者以上会更加有效。
蒸汽膜破碎剂混入量的上限没有具体限定，但是优选30质量％或者更少的，特别是20质量％或者更少。当蒸汽膜破碎剂混入量为30质量％或者更少时，即可能抑制诸如淬火油粘度等特性的改变。
在不影响本发明目的的范围内，必要时，本发明的淬火油还可配加添加剂。可以举出的添加剂的例子有变质酸(deteriorated acid)中和剂，抗氧剂，亮度改进剂及类似添加剂。关于变质酸中和剂，可以举出的例子有水杨酸盐，亚磺酸盐，磺酸盐，和碱土金属类似物。碱土金属可以是钙、镁，钡及类似物。此外，抗氧剂可以是胺基抗氧剂，受阻酚基抗氧剂及其类似物。此外，亮度改进剂可以是脂肪和油，含脂肪酸的脂肪和油，烯基琥珀酰胺，替代的羟基芳香羧酸酯(hydroxyaromatic carboxylate ester)衍生物，及其类似物。
其次，本发明的淬火方法是通过使用上述淬火油进行淬火，同时调整热处理炉中的油面压力的淬火方法。即，它是这样一种淬火方法使用诸如真空炉或真空渗碳炉的密封热处理炉，根据淬火处理的目的，通过从常压到减压的调整淬火油的油面压力，进而调整冷却特性，进行淬火。在本发明中，油面压力的调整范围优选常压(约0.1MPa)至13kPa。当油面压力在上述范围之内时，混合蒸汽膜破碎剂的效果是很好的。通过在上述范围内调整油面压力，即可至少在0.10至0.14/cm的范围内调整代表冷却性能的淬火强度(H值)，同时将特征时间保持在2.5或者更小。
上述淬火强度通常称为H值，该数值表示冷却性能，并能够根据在JIS K2242热处理油测试的冷却曲线上从800℃冷却到300℃所需要的时间计算出该数值。
此外，由于通常冷油的H值范围为0.12至0.14，通常热油的H值范围为0.10至0.12，根据本发明的淬火方法，其可能涵盖通常冷油和热油的H值范围。
尤其是，当淬火油作为冷油使用时，进行淬火时要将油面压力调整的较低，约15至70kPa；当淬火油作为热油使用时，进行淬火时要将油面压力调整的较高，约80至101kPa。通过这种方式，即可能将单独一种淬火油既用作冷油，也用作热油，而不需要换油。
进一步地，本发明淬火方法的另一方面包括，当对一个淬火部件进行淬火时，通过在淬火处理过程中改变油面压力来实施淬火的方法。
例如，在减压下进行蒸汽膜阶段，然后压力迅速增加至常压或者接近常压的淬火方法。根据该方法，可能较快地进入沸腾阶段，从而能够提高冷却性能，同时抑制淬火变形。此外，与此相反，可以举出的淬火方法例子有，在常压或者接近常压下开始淬火，迅速减小压力，同时破碎蒸汽膜。根据这种方法，可以实现扩大沸腾阶段而不会延长蒸汽膜阶段的效果。
此外，在本发明的淬火方法中，淬火是通过调整油面压力实施的，但是，同时也可以使用诸如改变油温或者改变搅拌流速及类似方法。从而，可使冷却性能(H值)的调整范围得到进一步扩大。
实施例其次，本发明通过下述实施例和比较例进一步详细解释，但是，本发明并不限于这些实施例。在此，通过下列方法达到诸如冷却特性的性能。
(1)冷却性能的测试方法JIS K 2242定义的冷却性能的测试方法是通过使用配有以调整油面压力的真空室的测试装置实施，测量不同压力下的冷却曲线以获得特征时间和每种压力下的H值。
(2)特征时间根据上述冷却曲线测量出的达到特征温度所要求的时间即为特征时间。
(3)H值根据Osaka大学冷却力评估方法，使用冷却曲线中从800℃到300℃所需的时间可求得H值。
实施例1使用一种淬火油，其含有在40℃时运动粘度为90mm2/s，特征时间为2.3，闪点为265℃，在400℃以下具有2质量％的轻馏分的基础材料，混合沥青蒸汽膜破碎剂，该沥青蒸汽膜破碎剂为从NIHON CHEMICALS HANBAIKABUSHIKI KAISHA中可以得到的石油精炼的剩余物，具有在100℃时运动粘度为500mm2/s，占淬火油的12质量％，分别在常压(101kPa)、66.7kPa、40.0kP和13.3kPa的压力测量冷却曲线，以得到特征时间和H值。其结果示于表1。
表1
如表1所示，在本发明所述的淬火油中，通过将油面压力从常压至40.0KPa进行改变，在特征时间为2.0或更小时，H值能够在0.10至0.14范围内进行调整。
实施例2使用一种淬火油，其含有在40℃时运动粘度为100mm2/s，特征时间为2.2，闪点为270℃，在400℃以下具有0质量％的轻馏分的基础材料，混合从IdemituKosan Co.，Ltd可以得到的聚丁烯蒸汽膜破碎剂，其数均分子量为2000，占淬火油的7质量％，分别在常压(101kPa)、40.0kPa和13.3kPa的压力测量冷却曲线，以得到特征时间和H值。其结果示于表2。
表2
如表2所示，在本发明所述的淬火油中，通过将油面压力从常压至40.0KPa进行改变，在特征时间为2.3或更小时，H值能够在0.11至0.14范围内进行调整。
实施例3使用一种淬火油，其含有在40℃下运动粘度为400mm2/s，特征时间为1.0，闪点为300℃，在400℃以下具有0质量％的轻馏分的基础材料，混合(实施例1使用的沥青)蒸汽膜破碎剂，占淬火油的5质量％，H值和特征时间以类似于实施例2的方法得到。其结果示于表3。
表3
如表3所示，在本发明所述的淬火油中，通过将油面压力从常压至13.3kPa进行改变，在特征时间为2.5或更小时，H值能够在0.09至0.14范围内进行调整。
比较例1使用一种淬火油，其含有在40℃下运动粘度为30mm2/s，特征时间为3.4，闪点为220℃，在400℃以下具有15质量％的轻馏分的基础材料，混合沥青蒸汽膜破碎剂(与实施例1使用的相同)，占淬火油的15质量％，H值和特征时间以类似于实施例2的方法得到。其结果示于表4。
表4
如表4所示，使用在40℃下运动粘度为30mm2/s的淬火油，即使在油面压力从常压至13.3KPa进行改变时，在特征时间为2.5或更小时，可调整的H值只能保持在0.12附近。
比较例2使用一种淬火油，其含有在40℃下运动粘度为12mm2/s，特征时间为6.0，闪点为170℃，在400℃以下具有80质量％的轻馏分的基础材料，混合沥青蒸汽膜破碎剂(与实施例1使用的相同)，占淬火油的15质量％，H值和特征时间以类似于实施例2的方法得到。其结果示于表5。
表5
如表5所示，使用40℃运动粘度为12mm2/s基油的淬火油，即使在油面压力从常压至13.3KPa进行改变时，在特征时间为2.5或更小时，可调整的H值只能保持在0.14附近。
比较例3使用一种淬火油，其含有在40℃下运动粘度为200mm2/s，特征时间为1.1，闪点为280℃，含有2质量％的低于400℃的轻馏分的基础材料，不混合蒸汽膜破碎剂，H值和特征时间以类似于实施例2的方法得到。其结果示于表6。
表6
如表6所示，不混合使用蒸汽膜破碎剂的淬火油，在油面压力从常压至13.3kPa进行改变时，H值为0.11或更小，并且不能将其调整到高于该值。
工业应用根据本发明的淬火油和淬火方法，由于冷却特性能够大范围的进行改变，同时通过在淬火过程中调整油面压力将特征时间保持在一个适当的值，它们可以作为单独使用一种油来对各种金属材料进行最优淬火的淬火油和淬火方法。
权利要求
1.一种减压淬火用淬火油，其含有一种在40℃时运动粘度为40mm2/秒或者以上的基油(A)，并混合一种蒸汽膜破碎剂(B)。
2.根据权利要求1中的减压淬火用淬火油，其中所述基油在JIS K 2242的热处理油测试中，该基油的特征时间为2.5或者更少。
3.根据权利要求1或2中的减压淬火用淬火油，其中所述基油在40℃时运动粘度为40至300mm2/s。
4.根据权利要求1至3中任一所述的减压淬火用淬火油，所述蒸汽膜破碎剂的混入量为所述淬火油的5质量％或者更多。
5.一种使用权利要求1至4的任一所述的减压淬火用淬火油，在调整油面压力同时实施淬火的淬火方法。
6.根据权利要求5中的淬火方法，其中所述油面压力的调整范围为常压至13kPa。
全文摘要
一种含有在40℃时运动粘度为40mm
文档编号C22F1/16GK1930309SQ200580007420
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月9日 优先权日2004年3月10日
发明者市谷克实, 武石诚 申请人:出光兴产株式会社