淬火油添加剂对一些常用淬火油冷却特性的影响

作者：南京航空航天大学 王于林

欢迎访问e展厅 展厅 3 热处理设备展厅 退火炉, 渗碳炉, 盐浴炉, 真空炉, 淬火炉, ... 摘 要：用纯银探头对一些常用淬火油冷却特性进行了测试。测试结果表明：快速淬火油添加剂对新淬火油和老淬火油的冷却特性均有明显改善，大大地提高了淬火油的冷却速度。 关键词：淬火油；冷却特性；快速淬火油添加剂 中图分类号：TG154．4 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2001)01-0019-03 1 引言 在热处理生产中，采用不同类型的油品作为冷却介质的现象较为普遍，如较多厂家选用N32机械油，有些厂家选用NI5机械油，少数厂家选用柴油，亦有一些厂家选用快速或快速光亮淬火油。但这些不同的油品作为冷却介质时，在冷却特性上有何差异，选择得是否恰当，怎样提高所选油品的冷却特性?尤其是选用油品经过一段时间使用后，冷却特性发生哪些不良变化导致油发生老化?老化油的冷却特性如何恢复和提高?最简便可行的办法是在油中加入快速淬火油添加剂，问题是加入什么样的添加剂，加量是多少，可使老化油或新油的冷却特性加以改善、恢复和提高?对这些问题全面深入的了解，有助于正确地选择油品介质，合理地使用油品介质。 本文就几种常用新、老淬火油，在含与不含添加剂的情况下对冷却特性进行对比测试，对测试结果进行分析，提出提高和改进措施。 2 测试方法与条件 2．1 测试系统 系统中的敏感元件，采用对冷却全过程反映灵敏的∮1O×3O(mm)带柄纯银探头，其纵向中心孔(∮2mm)末端在探头本体的几何中心。中心孔内压有镍铬镍硅热偶与中心孔的末端连接。探头在加热和冷却过程中反映冷却特性的热偶电信号，经放大后传输给电脑。 电脑按900／min点采集温度和时闻数据，并按一定公式运算，给出时间·温度·冷却速度对应关系以及最大冷却速度及其对应的温度。 加热银探头的炉子为1kw 的立式管状炉，控温为800土2℃。 2．2 测试油介质的品种及条件 新油有：N32、N15和0号柴油。 老化油有：N32陈油、机械油与柴油混合油的陈油和快速光亮淬火油陈油。 测试油用量为 1000ml，容器置于管状炉管的下端。测试时的油温为室温、5O℃和7O℃。 探头在油中冷却时，探头与油介质无相对运动。采用的快速淬火油添加剂为油溶性烯烃类高分子聚合物，油中的加入量为7% ～8% ，按体积比加入，搅拌均匀。 3 测试结果及分析 3．1 测试结果 所述油品冷却特性测试的参数有：①最大冷却速度(Vm )，即探头金属在油中冷却，油蒸气膜破裂造成快速冷却时探头中心冷却速度的最大值。②最大冷却速度对应温度(Tcm)，即最大冷却速度时探头金属中心所处的温度。③特性温度(Tc)，即探头金属表面油蒸气膜开始沸腾、开始快速冷却的温度。④300℃时的冷却速度(V300 )，即探头金属中心冷到300℃时的中心冷却速度。⑤300℃时的冷却时间，即探头由加热温度冷至300℃时所需的时间(t300)。从冷却特性方面评判淬火油的优劣，则希望Vm、Tcm、Tc数值尽可能地大，而V300和t300数值要尽可能地小。一些油品介质冷却特性参数的测试结果如表 1所示。 3．2 结果分析 3．2．1 N32机械油 这种油是热处理生产中油淬工艺采用最普遍的淬火油。新油优点是闪点较高(150℃)，流动性适中，不易老化，低温冷却速度V300小。但最大冷却速度Vm不大，对应温度也不高，是很大的缺点，对尺寸较大或淬透性差的钢的淬火硬度和淬硬深度都不利。在新32号油中加入8% 快速淬火油添加剂，可非常明显地提高Vm、Tcm 和Tc值，同时保持很小的V300和t300值，因而在明显提高冷却能力、提高淬火硬度和淬透深度的同时，保持淬火变形小及不易淬火开裂的优点。 N32油经长期使用，由于油在高温下发生氧化与聚合作用，使油的粘度增大，流动性变差，热传导作用减弱。反映在Vm、Tc 和Tcm 数值上都有明显减小，对实现淬火目的不利。老化严重时，会使钢达不到应有的淬火要求。此时不应将陈油废弃更换，而应在老化的陈油中加人8% 左右的OT-l快速淬火油添加剂，使最大冷速及其对应温度以及特性温度均有明显地恢复和提高。例如油温20℃时，使最大冷速由152℃／S提高到 193℃／S，对应温度由428℃提高到506℃/S；油温 7O℃时，由213℃／S提高到280℃／S，对应温度由489℃提高到515℃，特性温度由437℃提高到610℃。这些参数的变化，说明陈油又恢复到新油甚至超过新油的淬火效果。 3．2．2 快速光亮淬火油 这类淬火油，是在粘度小并能获得较大的Vm的基础油中，再加人适量的 快速淬火油添加剂(如要零件淬火态表面光亮，再在油中加人适量的对冷速影响不大的光亮剂)。前国内快速淬火油冷却特性随供应厂家和要求的不同，差别较大。当油温为室温时，在250～380℃／s、Tcm在480～ 530℃、Tc在550～ 620℃之间变化。快速淬火油中的快速淬火油添加剂，随油品的消耗而消耗，随淬火过程而逐渐衰退其增速作用。当冷速降低不能使零件获得应有力学性能时，可在使用的陈油中再加人一定量的 快速淬火油添加剂。表 1显示，在陈的快速光亮淬火油中加人7% OT-1，油温为 25℃时，Vm 由 196℃／s提高到256℃／s；油温为70℃时，Vm由248℃／s提高到324℃／s，基本恢复了这种新油的冷却速度。若想进一步提高Vm，可将 快速淬火油添加剂增加到10% 。增速寿命随生产条件的不同，基本处在 1.5～3年之内。 3．2．3 N15机械油 15号机油的粘度数值还不到N32油的1／2，因此流动性好，热传导性也优于N32，所以冷却能力比N32油强得多, Vm 可达187℃／s(20℃)，但最大冷速对应温度Tcm 较低，只有434℃，是明显的缺点。为提高N15油的冷却特性．在其中加人8％0T-1快速淬火油添加剂，使对应温度、特性温度明显提高的同时，又使最大冷速由157℃／s提高到257℃／s，进入快速淬火油冷却水平。 3．2．4 柴油和混合油 热处理生产中当淬火工件尺寸较大或淬火硬度达不到要求时，往往习惯地使用柴油。零号柴油的冷却速度确实比N32、N15机械油大，这是使用柴油正确的一面。但从柴油产生最大冷却速度的温度过低(仅为324℃)、特性温度也很低(仅为415℃)、300℃时的冷却速度又过大(157℃／s)方面来分析，可以说是很大的缺点。另外，柴油的闪点很低，不超过 7O℃，因而易于着火导致灾害，易于冒烟产生污染。可以断言，柴油是很不好的淬火油介质。生产中为提高N32油冷速，有时向N32油中加一定比例的柴油，这将使N32油的总体冷却特性变坏。 为改善柴油的冷却特性，在柴油中加人8% 0T-1淬火油添加剂，在明显提高特性温度和对应温度的同时，使Vm由225℃／s提高到299℃／s，进入快速淬火油水平。生产中有时采用机械油与柴油的混合油作为冷却介质，随生产过程的进行，在机械油组份逐渐老化的同时，柴油组份消耗与老化速度更快，这不仅使加人柴油的目的不能实现，而且破坏了机械油总体冷却特性效果。加人8％0T-1淬火油添加剂，将使混合陈油的冷却特性得到全面提高，尤其可使Vm达到快速冷却的水平。 3．2．5 淬火油添加剂效果分析 为间化测试数据，本文分析中各油品介质添加剂的含量均为7% ～8% ，如果添加剂含量在一定范围内增加(如10% )，各特性参数改善和提高将更明显。表2 给出不同油品在相同温度下，含淬火油添加剂的与不含淬火油添加剂的油品在冷却特性上的比较而得出的提高幅度 （%）。由表2分析可知：①所述添加剂对表列各油品冷却特性参数影响效果不尽相同，但均有提高而无降低。尤其可贵的是在各参数全面提高的基础上，最大冷速提高了30% ～60% ，这为提高淬火硬度和淬透深度提供了有利条件。②淬火油添加剂对油温不敏感，虽然油温在70℃时有较大的增速效果，但室温下的增速效果亦十分明显 。这对油槽温度控制带来方便。 要使淬火油添加剂全面高效地提高油介质的冷却特性，作者认为必须解决三个问题：①赤热金属与油介质接触时，瞬时形成大量气泡核心，并抑制 气泡核心的长大；②小尺度的油蒸气泡构成的气泡膜迅速破裂进入沸腾并维持较长时间；③不增强对流阶段的热传导能力。 OT-l油溶性高分子在赤热金属表面起着气泡核心的作用，使气泡核心数增加。但由于这种高分子降低了油气泡的表面能，使气泡尺寸很小时就不能存在而破裂，以致提高了泡状沸腾开始的温度，缩短了泡状沸腾开始的时间，即提高了特性温度。由于这种大分子的存在，使泡状沸腾在更高的温度下发生并维持较长时同，这不仅提高了最大冷却速度的对应温度，而且扩大了快速冷却高温区的范围，增强了冷却的力度。由于这种大分子本身的热传导性不如油介质，因而不会增加低温下的对流阶段的冷却速度。 4 结论 (1)所述淬火油添加剂对多种油品全面改善冷却特性，尤其在增加冷却速度方面效果明显。对32号老化油或新油和对l5号油，在一定添加量时，可使冷却速度达到快速淬火油水平；对柴油不仅提高冷却速度，还明显提高最大冷却速度对应温度；对老化的快速光亮淬火油，不仅可使冷速恢复到新油水平，甚至超过原油的冷却速度。 (2)适应油温范围广。含添加剂的油既可在室温下淬火，也可在加温条件下使用。 (3)使用简便。OT-1液态添加剂与油的互溶性良好，按一定比例加人后搅拌均匀即可使用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/18/2010)