一. 金属热处理与导热介质的概念
热处理是一种改善金属材料及其制品性能的工艺:是根据不同目的,将材料或制件加热到适宜的温度保温,随后用不同方式冷却,改变其内部组织,以获得所要求的性能。热处理工艺包括有退火、正火、淬火、回火和化学热处理等五种基本类型,其中淬火处理当为首重。
金属热处理用油是进行热处理时使用的导热介质。随着机械工业发展对金属材料要求的不断提高,以及先进热处理技术和工艺的引进,促进了热处理用油的研究、开发,并羸得了普遍关注。
金属热处理导热介质主要采用石油或石油与脂肪油的混合物(根据需要可加入某些添加剂或药剂),这是由于石油的比热和蒸发热都较水小,导热度也低,其冷却效率只有水的三分之一,因而用於热处理的淬火或退火时,可以保持冷却速度稳定缓慢而均匀,易于调节适宜,从而使金属材料形成适合的硬度及稳定的结构。
二. 金属热处理油的性能要求
⑴. 适宜的冷却性能,以保证处理金属所需的硬度。-般冷却速度不得超过300℃/秒。
⑵. 适宜的比热和导热度,以保证金属不致发生龟裂或变形。比热和导热度太大,会使金属表面局部突然冷却,又易引起冷却速度不均而产生裂纹。
⑶. 良好的光泽性,是保证加工部件质量的重要条件之一,因而要求油品不得产生油污或引起金属腐蚀、变色。
⑷. 要求高燃点、高闪点,保证不发火燃烧。
⑸. 热安定性良好,在使用中极少发生分解或冒烟的情况。
⑹. 废油处理容易,不污染环境。
⑺. 使用寿命长,消耗量小。油温一般控制在40~120℃范围内,有经验证明:油温每升高10℃,耐用寿命缩短一半左右。
⑻. 资源充足,价格低廉。
石蜡基油较环烷基油的特性温度高,特性温度高的油冷却性能好。掺入残[LU1]馏润滑油有望提高特性温度。冷却性能提高剂有聚异丁烯、聚甲基烯酸酯、石油磺酸盐等。平均分子量在1000以上的聚异丁烯加入3%,即有效。但要注意某些冷却剂影响受处理金属的光泽性。
三. 关於淬火油
热处理工艺中当数淬火处理最为重要。淬火质量是保证机械产品质量的关键。特别在汽车工业中占有相当重要的地位。淬火介质选用不适宜会引发出现淬火裂纹以及淬火硬度和强度达不到要求或出现变形等缺陷,导致零件报废、返修和降低标准、造成经济损失。
⑴. 淬火工艺
淬火是将金属零件﹙或制品﹚加热到一定温度,保温后急剧冷却的热处理方法。淬火工艺以钢件淬火占比较大,目的是提高零件的硬度和耐磨性,如工具、轴承、齿轮等。可配合回火工序使另件获得所需综合机械性能或改善某些物化性能,如提高不锈钢的抗蚀性等。
⑵. 淬火油的分类标准
国际标准化组织ISO,TC28分委员会於1993年曾提出热处理介质的分类标准ISO/DIS6743-14,此分类系按热处理加工目的﹙用途﹚和产品种类分成22个品种,其中淬火油类按加热温度分为:冷油淬火﹙Q≤80℃﹚,包括UHA和UHB两个品种;半热油淬火﹙80℃<Q≤130℃﹚,包括UHC和UHD两个品种;热油淬火﹙130℃<Q≤180℃),包括UHE和UHF两个品种;高温淬火(Q>180℃),包括UHG和UHH两个牌号,此外还而真空淬火(UHV)和其他(UHK)。共有10个品种淬火油。
对于表面淬火可用及水溶液、溶盐、空气和其他等淬火介质,此类共有12个牌号。
以上分类标准草案属国际上对热处理介质分类的趋向,尚未获各国最后认可以正式标准呈现。
⑶. 淬火油的性能
ⅰ.运动粘度和粘度指数. 粘度需据使用温度来考虑。-般认为冷油淬火工艺中淬火油最佳粘度为6-8 m㎡/s,热油淬火工艺在一般使用温度下,粘度控制在4-5 m㎡/s范围内。
淬火油使用温度较宽、温差较大,因此淬火油应具有良好的粘温性能,较高的、100以上的粘度指数。
ⅱ. 闪点和燃点. 淬火油,特别是高温热油淬火工艺中的淬火油,使用温度较高,为避免发生火灾、减少蒸发量和对大气的污染、保证使用安全,对油品的闪点和燃点都有要求。日本JIS K2242-80热处理油标准中闪点规定最低170℃以上,高可达280℃以上,燃点规定最低190℃以上,高达310℃以上。
ⅲ. 热氧化安定性. 淬火油长期处於苛刻条件下使用:油温高,赤热淬火件的不断投入,促使油品处于热氧化状态,因此淬火油必须具有较好的热氧化安定性。
ⅳ. 冷却性能. 被处理金属所需的硬度由淬火油的冷却性能所保证。淬火油的冷却特性常用特性温度、特性时间及800—400℃冷却秒(S,时间)三项来表示。800-400℃冷却秒数值越少则表示冷却速度越快,普通淬火油一般不大于5.0 S。
ⅴ. 水份. 从空气中吸收的水份达到平衡状态时可达0.04%,一般对淬火影响不大。如因渗、漏或大气冷凝水、补充油混有水等落入,使油中水含量增加至0.05%以上时将影响淬火件变形,超过0.1%时可能产生淬裂。