一种热处理油及其制备方法 【技术领域】
本发明金属材料的淬火领域,具体涉及一种热处理油及其制备方法。背景技术 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其他加工工艺相比,热处理一般 不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件 表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。 淬火是金属热处理最重要的工艺之一, 它是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一定时间后, 又在淬火介质中以不同速度冷却的一种工艺。
淬火时,最常用的冷却介质是水溶性淬火剂和油。 用水基淬火剂淬火的工件, 容易得到高的硬度和光洁的表面,不容易产生淬不硬的软点,但却易使工件变形严重, 严重时发生开裂。 用油作淬火介质时,虽然工件不易变形,但是存在工件淬火后得不到 所期望的硬度问题。 一般解决工件使用淬火油淬火后工件硬度的方法是使用蒸汽膜破裂 剂,现在市售产品大多以聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、石油树脂为蒸汽膜破裂剂,但是 这些物质的热稳定性差,使用过程中易断裂为小分子物质,从而影响冷速。 中国发明专 利 CN02801474 揭示了一种热处理油,由混合的低运动黏度基础油和高运动黏度基础油混 合而成,其中加有蒸汽膜破裂剂聚丁烯 5%。该油品的变形量较小,但是聚丁烯在长时间 的使用中易分解,导致冷速变化,从而达不到所需的硬度。
沥青的热稳定性与冷却性能很好,但是易于粘附在工件上造成工件淬火后光亮 性较差。 如中国发明专利 92104042 公开了一种快速淬火油,由基础油和催冷剂、光亮 剂、抗氧剂构成。 其蒸汽膜破裂剂为丙烷沥青。 该油品冷速稳定,但是沥青易吸附在工 件表面造成工件热处理后光亮性不足。
发明内容 本发明解决的问题在于提供一种热处理油,具有很高的冷却性能、氧化稳定性 和热稳定性,且淬火后产品的光亮性好。 本发明还提供该热处理油的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案为 :
一种热处理油,包括以下重量百分比的成分 :
94%~ 99%的基础油和 1%~ 6%的复合酯,所述复合酯通过包含多元醇和二元 羧酸的原料反应得到。
作为优选,所述基础油为矿物油、聚 α 烯烃合成油中的一种或两种的组合物。
作为优选,所述基础油 40℃下运动黏度为 7mm2/s ~ 60mm2/s。
作为优选,所述复合酯 40℃运动黏度为 1000mm2/s ~ 50000mm2/s。
作为优选,所述多元醇和二元羧酸的质量比为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6。
作为优选,所述原料还包括一元羧酸或一元醇,或还同时包括一元羧酸和一元 醇。
作为优选,所述多元醇为新戊二醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基 丁烷、季戊四醇酯、双季戊四醇酯中的一种或几种。
作为优选,所述二元羧酸为草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种 或几种。
作为优选,所述一元羧酸为新庚酸、新辛酸、新壬酸、异壬酸、新癸酸中的一 种或几种。
作为优选,所述一元醇为己醇、辛醇、癸醇、月桂醇中的一种或几种。
作为优选,所述原料还包括一元羧酸时,多元醇、二元羧酸和一元羧酸的质量 比为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 4。
作为优选,所述原料还包括一元醇时,多元醇、二元羧酸和一元醇的质量比为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 3。
作为优选,所述原料还同时包括一元羧酸和一元醇时,多元醇、二元羧酸、一 元羧酸和一元醇的质量比为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 3 ∶ 1 ~ 2。
一种热处理油的制备方法,包括 :
a) 将包含多元醇和二元羧酸的原料混合反应生成复合酯 ; b) 将占重量百分比 94%~ 99%的基础油和 1%~ 6%的复合酯混合即得到产品。
本发明提供的热处理油包括基础油和作为蒸汽膜破裂剂的复合酯,冷却性能很 好,具有特性温度高,高温冷速大的优点 ;氧化稳定性和热稳定性好,在长时间的使用 过程中冷却性能变化小,使用寿命长,且淬火后热处理油不会粘附在产品上,产品的光 亮性好。
附图说明
图 1 为本发明实施例 1 提供的热处理油的冷却曲线图 ;
图 2 为本发明实施例 2 提供的热处理油的冷却曲线图 ;
图 3 为本发明实施例 3 提供的热处理油的冷却曲线图 ;
图 4 为本发明实施例 3 提供的热处理油的新油与使用半年的油的冷却性能对比曲 线图。 具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但 是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要 求的限制。
本发明提供一种用于淬火的热处理油,包括 94%~ 99%的基础油和 1%~ 6%蒸 汽膜破裂剂。
基础油优选为矿物油、聚 α 烯烃合成油中的一种或两种的组合物。 基础油 的 40℃运动黏度低于 7mm2/s 时,闪点较低,容易出现着火的危险 ;超过 60mm2/s 时, 复合酯对基础油的冷速提高不明显,因此本发明优选使用 40℃下运动黏度为 7mm2/s ~ 60mm2/s 的基础油。
本发明中蒸汽膜破裂剂采用复合酯,复合酯通过包含多元醇和二元羧酸的原料反应得到。 优选使用 40℃运动黏度为 1000mm2/s ~ 50000mm2/s 的复合酯,多元醇和二 元羧酸的质量比为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6。
生成复合酯的反应物还包括其它的组合 :多元醇、二元羧酸和一元羧酸,质 量比优选为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 4 ;多元醇、二元羧酸和一元醇,质量比优选为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 3 ;多元醇、二元羧酸、一元羧酸和一元醇,质量比优选为 3 ~ 5 ∶ 2 ~ 6 ∶ 1 ~ 3 ∶ 1 ~ 2。
多元醇可为新戊二醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基丁烷、季戊四 醇酯、双季戊四醇酯中的一种或几种。
二元羧酸为草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种或几种。
一元羧酸为新庚酸、新辛酸、新壬酸、异壬酸、新癸酸中的一种或几种。
一元醇为己醇、辛醇、癸醇、月桂醇中的一种或几种。
实施例 1 :
本实施例提供的热处理油包括 :基础油 99 重量份、复合酯 1 重量份。 其中基础 油为矿物油 ;复合酯为质量比为 3 ∶ 5 ∶ 3 的新戊二醇、草酸和新庚酸反应得到。
将制备的热处理油做冷却性能测试,测试结果如图 1 所示,图 1 为本发明实施例 1 提供的热处理油的冷却曲线图。
图 1 中,曲线 1 为冷却速度曲线,曲线 2 为冷却时间曲线,测试温度从 850℃开 始。 从图 1 中可以看出,如曲线 1 所示,本发明提供的热处理油在 400℃以上的高温区, 最大冷却速度 Vmax 为 90.7℃ /s,此时对应的冷却温度 TVmax 为 638.0℃,也就是说热 处理油在高温阶段有高的冷却速度,这样有利于使晶粒细小,提高工件性能。 当冷却到 300℃时的冷却速度为 7.0℃ /s,从 850℃冷却到 600℃的时间为 7.0s、冷却到 400℃的时间 为 13.7s、冷却到 200℃的时间为 55.0s,可见本实施例提供的热处理油在 400℃以下的低 温阶段冷却速度变慢,冷却时间变长,因此可以减小工件的内应力,防止工件开裂。
使用本实施例提供的热处理油对外径面为 150mm 的 GGr15 轴承钢进行淬火,淬 火加热温度为 840℃,淬火后测量 GGr15 轴承钢的硬度为 HRC64,无开裂现象,且光亮 性好,进行 180℃回火达到技术要求。
实施例 2 :
本实施例提供的热处理油包括 :基础油 97 重量份、复合酯 3 重量份。 其中基础 油为聚 α 烯烃合成油 ;复合酯为质量比为 4 ∶ 5 ∶ 2 的三羟甲基乙烷、丙二酸和己醇反 应得到。
将制备的热处理油做冷却性能测试,测试结果如图 2 所示,图 2 为本发明实施例 2 提供的热处理油的冷却曲线图。
图 2 中,曲线 1 为冷却速度曲线,曲线 2 为冷却时间曲线,测试温度从 850℃开 始。 从图 2 中可以看出,如曲线 1 所示,本发明提供的淬火油在 400℃以上的高温区, 最大冷却速度 Vmax 为 100.8℃ /s,此时对应的冷却温度 TVmax 为 663.7℃,也就是说热 处理油在高温阶段有高的冷却速度,这样有利于使晶粒细小,提高工件性能。 当冷却到 300℃时的冷却速度为 7.0℃ /s,从 850℃冷却到 600℃的时间为 6.1s、冷却到 400℃的时间 为 12.4s、冷却到 200℃的时间为 53.5s,可见本实施例提供的热处理油在 400℃以下的低 温阶段冷却速度变慢,冷却时间变长,因此可以减小工件的内应力,防止工件开裂。使用本实施例提供的热处理油对截面为 15mm 的 65Mn 弹簧钢进行淬火,淬火加 热温度为 830℃,淬火后测量 65Mn 弹簧钢的硬度为 HRC60,无开裂现象,且光亮性好, 进行 480℃回火达到技术要求。
实施例 3 :
本实施例提供的热处理油包括 :基础油 95 重量份、复合酯 5 重量份。 其中基础 油为矿物油 ;复合酯为质量比为 3 ∶ 4 ∶ 2 ∶ 1 的季戊四醇酯、丁二酸、新辛酸和月桂醇 反应得到。
将制备的热处理油做冷却性能测试,测试结果如图 3 所示,图 3 为本发明实施例 3 提供的热处理油的冷却曲线图。
图 3 中,曲线 1 为冷却速度曲线,曲线 2 为冷却时间曲线,测试温度从 850℃开 始。 从图 3 中可以看出,如曲线 1 所示,本发明提供的淬火剂在 400℃以上的高温区, 最大冷却速度 Vmax 为 105.5℃ /s,此时对应的冷却温度 TVmax 为 667.3℃,也就是说热 处理油在高温阶段有高的冷却速度,这样有利于使晶粒细小,提高工件性能。 当冷却到 300℃时的冷却速度为 7.0℃ /s,从 850℃冷却到 600℃的时间为 5.8s、冷却到 400℃的时间 11.9s、冷却到 200℃的时间为 53.3s,可见本实施例提供的热处理油在 400℃以下的低温阶 段冷却速度变慢,冷却时间变长,因此可以减小工件的内应力,防止工件开裂。 使用本实施例提供的热处理油对截面为 15mm 的 60Si2Mn 弹簧钢进行淬火,淬 火加热温度为 870℃,淬火后测量 60Si2Mn 弹簧钢的硬度为 HRC60,无开裂现象,且光 亮性好,回火采用 460℃达到技术要求。
本实施例制备的热处理油连续使用半年后,再对其做冷却性能测试,请参考图 4,图中曲线 A1、曲线 A2 表示本发明所提供热处理油的新油的冷却性能,曲线 B 1、曲 线 B2 表示使用半年后的油的冷却性能,由比较可知,本发明所提供的热处理油的稳定性 高,不易分解,使用寿命长。 而一般的热处理油连续使用半年后,其冷却性能会大大下 降。
本发明所提供的热处理油与市面上最常见的淬火油相比,不但最大冷速大、特 性温度高,且工件变形量小,淬火后产品的光亮性好 ;该油使用寿命长,长时间高温使 用不分解,带出量少,经济实用。
以上对本发明所提供的一种热处理油及其制备方法进行了详细介绍。 本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的方法及其核心思想。 应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在 不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也 落入本发明权利要求的保护范围内。