日本热处理专家大和重雄成曾提出:“热处理就是加热和冷却的加工过程,以两者的重要性而论,加热只占二成。冷却则要占八成,这就是热处理的二八规则”。冷却是非常重要的一个环节,冷却介质是关键因素。使用快速淬火油对于紧固件调质来说,可以减少废品、不良品率,所以应用较广。
我国使用矿物油作为淬火油开始于20世纪50年代,机械油是首选淬火油,热处理用机械油的旧牌号有HJ10、HJ20、HJ30等,按工艺规定淬火使用温度为20-60℃;热处理常用N15(相当于HJ10)和N32(相当于HJ20-HJ30);N22相当于HJ20。淬火油使用旧标准(JB/T6955-1993)中仍有N15及N32机械油,而新标准中N15、N32已经不列入淬火油使用范围,但问题是仍被广泛使用。
热处理使用的普通淬火油是在机械油基础上加入各种添加剂(常用催冷剂、光亮剂、抗氧剂、工业助剂、热处理油质改进剂),使其性能适用于材料热处理冷却转变特点。
表1 淬火油与机械油理化质量比较
油品 |
运动粘度(40℃) /(mm·s-1) |
倾点 /℃ |
闪点(开口) /℃ |
水分 % |
光亮 性级 |
粘度 指数 |
| N15机械油 |
13.5-16.5 |
-9 |
160 |
痕迹 |
不控制 |
〉90 |
| N32机械油 |
28.8-35.2 |
-5 |
159 |
痕迹 |
不控制 |
不控制 |
| 普通淬火油 |
30 |
-9 |
180 |
无 |
3 |
〉100 |
| 快速淬火油 |
20 |
-9 |
165 |
无 |
2 |
〉10 |
表2 最大冷速及所在温度
油品 |
温度℃ |
最大冷却速度 |
|
| 所在温度/℃ |
速度(℃·s-1) |
||
| N15机械油 |
40,60,80 |
412,413,416 |
163,172,175 |
| N32机械油 |
40,60,80 |
446,476,474 |
146,160,159 |
| 普通淬火油 |
40,60,80 |
505,507,507 |
208,237,255 |
| 快速淬火油 |
40,60,80 |
541,541,540 |
283,312,300 |
表3 冷却能力及冷却特性比较
冷却能力 |
普通淬火油 |
N15机械油 |
N32机械油 |
| 特性温度/℃ |
633 |
460 |
490 |
| 特性时间/s |
2.25 |
4.8 |
4.75 |
| 800-400℃冷却/s |
3.15 |
5.05 |
5.25 |
| 800-300℃冷却/s |
4.55 |
7.2 |
8.85 |
由于快速淬火油加入了抗氧化剂,故抗氧化、抗老化性能好,使用寿命是机械油的6倍左右。快速淬火油闪电>180℃,燃点>200℃,高于N15低于N32,酸值、残碳相差不大,但快速淬火油光亮性优于机械油。
通过对比可以看出,快速淬火油的理化指标全面超过机械油,在不同油温下的冷却性能较稳定,具有粘度低、闪点高、光亮性好、油品不易挥发、寿命长等优点,可大大减少排放量,同时减轻环境污染,改善劳动环境利于环保。
快速淬火油淬火比机械油淬火可得到更深的硬化层深度,扩大淬火油使用范围,低中碳钢、低合金钢替代高合金钢,可降低成本,提高经济效益。进入马氏体转变区后快速淬火油冷却速度低于N15、N32机械油;按工艺规定机械油淬火的使用油温为20-60℃,而快速淬火油的使用油温为60-100℃,提高使用油温将大大降低零件的淬火组织应力,有利于减少开裂及畸变倾向。