淬火油添加劑對一些常用淬火油冷卻特性的影響

王于林

(南京航空航天大學 材料科學與工程系，江蘇 南京 210016)

摘 要：用純銀探頭對一些常用淬火油冷卻特性進行了測試。測試結果表明：快速淬火油添加劑對新淬火油和老淬火油的冷卻特性均有明顯改善，大大地提高了淬火油的冷卻速度。

關鍵詞：淬火油；冷卻特性；快速淬火油添加劑

中圖分類號：TG154．4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3814(2001)01-0019-03

1 　引言

　　在熱處理生產中，采用不同類型的油品作為冷卻介質的現象較為普遍，如較多廠家選用N32機械油，有些廠家選用NI5機械油，少數廠家選用柴油，亦有一些廠家選用快速或快速光亮淬火油。但這些不同的油品作為冷卻介質時，在冷卻特性上有何差異，選擇得是否恰當，怎樣提高所選油品的冷卻特性?尤其是選用油品經過一段時間使用后，冷卻特性發生哪些不良變化導致油發生老化?老化油的冷卻特性如何恢復和提高?最簡便可行的辦法是在油中加入快速淬火油添加劑，問題是加入什么樣的添加劑，加量是多少，可使老化油或新油的冷卻特性加以改善、恢復和提高?對這些問題全面深入的了解，有助于正確地選擇油品介質，合理地使用油品介質。

本文就幾種常用新、老淬火油，在含與不含添加劑的情況下對冷卻特性進行對比測試，對測試結果進行分析，提出提高和改進措施。

2 　測試方法與條件

2．1 測試系統

系統中的敏感元件，采用對冷卻全過程反映靈敏的∮1O×3O(mm)帶柄純銀探頭，其縱向中心孔(∮2mm)末端在探頭本體的幾何中心。中心孔內壓有鎳鉻鎳硅熱偶與中心孔的末端連接。探頭在加熱和冷卻過程中反映冷卻特性的熱偶電信號，經放大后傳輸給電腦。 電腦按900／min點采集溫度和時聞數據，并按一定公式運算，給出時間·溫度·冷卻速度對應關系以及最大冷卻速度及其對應的溫度。

加熱銀探頭的爐子為1kw 的立式管狀爐，控溫為800土2℃。

2．2 測試油介質的品種及條件

新油有：N32、N15和0號柴油。

老化油有：N32陳油、機械油與柴油混合油的陳油和快速光亮淬火油陳油。

測試油用量為 1000ml，容器置于管狀爐管的下端。測試時的油溫為室溫、5O℃和7O℃。

探頭在油中冷卻時，探頭與油介質無相對運動。采用的快速淬火油添加劑為油溶性烯烴類高分子聚合物，油中的加入量為7% ～8% ，按體積比加入，攪拌均勻。

3 測試結果及分析

3．1 測試結果

所述油品冷卻特性測試的參數有：①最大冷卻速度(Vm )，即探頭金屬在油中冷卻，油蒸氣膜破裂造成快速冷卻時探頭中心冷卻速度的最大值。②最大冷卻速度對應溫度(Tcm)，即最大冷卻速度時探頭金屬中心所處的溫度。③特性溫度(Tc)，即探頭金屬表面油蒸氣膜開始沸騰、開始快速冷卻的溫度。④300℃時的冷卻速度(V300 )，即探頭金屬中心冷到300℃時的中心冷卻速度。⑤300℃時的冷卻時間，即探頭由加熱溫度冷至300℃時所需的時間(t300)。從冷卻特性方面評判淬火油的優劣，則希望Vm、Tcm、Tc數值盡可能地大，而V300和t300數值要盡可能地小。一些油品介質冷卻特性參數的測試結果如表 1所示。

3．2 結果分析

3．2．1 N32機械油

這種油是熱處理生產中油淬工藝采用最普遍的淬火油。新油優點是閃點較高(150℃)，流動性適中，不易老化，低溫冷卻速度V300小。但最大冷卻速度Vm不大，對應溫度也不高，是很大的缺點，對尺寸較大或淬透性差的鋼的淬火硬度和淬硬深度都不利。在新32號油中加入8% 快速淬火油添加劑，可非常明顯地提高Vm、Tcm 和Tc值，同時保持很小的V300和t300值，因而在明顯提高冷卻能力、提高淬火硬度和淬透深度的同時，保持淬火變形小及不易淬火開裂的優點。

N32油經長期使用，由于油在高溫下發生氧化與聚合作用，使油的粘度增大，流動性變差，熱傳導作用減弱。反映在Vm、Tc 和Tcm 數值上都有明顯減小，對實現淬火目的不利。老化嚴重時，會使鋼達不到應有的淬火要求。此時不應將陳油廢棄更換，而應在老化的陳油中加人8% 左右的OT-l快速淬火油添加劑，使最大冷速及其對應溫度以及特性溫度均有明顯地恢復和提高。例如油溫20℃時，使最大冷速由152℃／S提高到 193℃／S，對應溫度由428℃提高到506℃/S；油溫 7O℃時，由213℃／S提高到280℃／S，對應溫度由489℃提高到515℃，特性溫度由437℃提高到610℃。這些參數的變化，說明陳油又恢復到新油甚至超過新油的淬火效果。

3．2．2 快速光亮淬火油

這類淬火油，是在粘度小并能獲得較大的Vm的基礎油中，再加人適量的 快速淬火油添加劑(如要零件淬火態表面光亮，再在油中加人適量的對冷速影響不大的光亮劑)。前國內快速淬火油冷卻特性隨供應廠家和要求的不同，差別較大。當油溫為室溫時，在250～380℃／s、Tcm在480～ 530℃、Tc在550～ 620℃之間變化。快速淬火油中的快速淬火油添加劑，隨油品的消耗而消耗，隨淬火過程而逐漸衰退其增速作用。當冷速降低不能使零件獲得應有力學性能時，可在使用的陳油中再加人一定量的 快速淬火油添加劑。表 1顯示，在陳的快速光亮淬火油中加人7% OT-1，油溫為 25℃時，Vm 由 196℃／s提高到256℃／s；油溫為70℃時，Vm由248℃／s提高到324℃／s，基本恢復了這種新油的冷卻速度。若想進一步提高Vm，可將 快速淬火油添加劑增加到10% 。增速壽命隨生產條件的不同，基本處在 1.5～3年之內。

3．2．3 N15機械油

15號機油的粘度數值還不到N32油的1／2，因此流動性好，熱傳導性也優于N32，所以冷卻能力比N32油強得多, Vm 可達187℃／s(20℃)，但最大冷速對應溫度Tcm 較低，只有434℃，是明顯的缺點。為提高N15油的冷卻特性．在其中加人8％0T-1快速淬火油添加劑，使對應溫度、特性溫度明顯提高的同時，又使最大冷速由157℃／s提高到257℃／s，進入快速淬火油冷卻水平。

3．2．4 柴油和混合油

熱處理生產中當淬火工件尺寸較大或淬火硬度達不到要求時，往往習慣地使用柴油。零號柴油的冷卻速度確實比N32、N15機械油大，這是使用柴油正確的一面。但從柴油產生最大冷卻速度的溫度過低(僅為324℃)、特性溫度也很低(僅為415℃)、300℃時的冷卻速度又過大(157℃／s)方面來分析，可以說是很大的缺點。另外，柴油的閃點很低，不超過 7O℃，因而易于著火導致災害，易于冒煙產生污染。可以斷言，柴油是很不好的淬火油介質。生產中為提高N32油冷速，有時向N32油中加一定比例的柴油，這將使N32油的總體冷卻特性變壞。

為改善柴油的冷卻特性，在柴油中加人8% 0T-1淬火油添加劑，在明顯提高特性溫度和對應溫度的同時，使Vm由225℃／s提高到299℃／s，進入快速淬火油水平。生產中有時采用機械油與柴油的混合油作為冷卻介質，隨生產過程的進行，在機械油組份逐漸老化的同時，柴油組份消耗與老化速度更快，這不僅使加人柴油的目的不能實現，而且破壞了機械油總體冷卻特性效果。加人8％0T-1淬火油添加劑，將使混合陳油的冷卻特性得到全面提高，尤其可使Vm達到快速冷卻的水平。

3．2．5 淬火油添加劑效果分析

為間化測試數據，本文分析中各油品介質添加劑的含量均為7% ～8% ，如果添加劑含量在一定范圍內增加(如10% )，各特性參數改善和提高將更明顯。表2 給出不同油品在相同溫度下，含淬火油添加劑的與不含淬火油添加劑的油品在冷卻特性上的比較而得出的提高幅度 （%）。由表2分析可知：①所述添加劑對表列各油品冷卻特性參數影響效果不盡相同，但均有提高而無降低。尤其可貴的是在各參數全面提高的基礎上，最大冷速提高了30% ～60% ，這為提高淬火硬度和淬透深度提供了有利條件。②淬火油添加劑對油溫不敏感，雖然油溫在70℃時有較大的增速效果，但室溫下的增速效果亦十分明顯 。這對油槽溫度控制帶來方便。

要使淬火油添加劑全面高效地提高油介質的冷卻特性，作者認為必須解決三個問題：①赤熱金屬與油介質接觸時，瞬時形成大量氣泡核心，并抑制 氣泡核心的長大；②小尺度的油蒸氣泡構成的氣泡膜迅速破裂進入沸騰并維持較長時間；③不增強對流階段的熱傳導能力。 OT-l油溶性高分子在赤熱金屬表面起著氣泡核心的作用，使氣泡核心數增加。但由于這種高分子降低了油氣泡的表面能，使氣泡尺寸很小時就不能存在而破裂，以致提高了泡狀沸騰開始的溫度，縮短了泡狀沸騰開始的時間，即提高了特性溫度。由于這種大分子的存在，使泡狀沸騰在更高的溫度下發生并維持較長時同，這不僅提高了最大冷卻速度的對應溫度，而且擴大了快速冷卻高溫區的范圍，增強了冷卻的力度。由于這種大分子本身的熱傳導性不如油介質，因而不會增加低溫下的對流階段的冷卻速度。

4 結論

(1)所述淬火油添加劑對多種油品全面改善冷卻特性，尤其在增加冷卻速度方面效果明顯。對32號老化油或新油和對l5號油，在一定添加量時，可使冷卻速度達到快速淬火油水平；對柴油不僅提高冷卻速度，還明顯提高最大冷卻速度對應溫度；對老化的快速光亮淬火油，不僅可使冷速恢復到新油水平，甚至超過原油的冷卻速度。

(2)適應油溫范圍廣。含添加劑的油既可在室溫下淬火，也可在加溫條件下使用。

(3)使用簡便。OT-1液態添加劑與油的互溶性良好，按一定比例加人后攪拌均勻即可使用。