快速光亮淬火油的研制

1、2002年科技論文研字 第 號(hào)快速光亮淬火油的研制趙彩伶 孫素華北京燕山分公司煉油廠研究所2002年11月目 錄1. 前言2. 淬火油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)3. 性能考察4. 快速光亮淬火油的組成及綜合性能5. 經(jīng)濟(jì)效益6. 結(jié)論7. 參考文獻(xiàn) 快速光亮淬火油的研制摘要 詳細(xì)介紹了快速光亮淬火油的研制步驟和工藝過(guò)程，對(duì)其理化性能、冷卻特性、工藝性能進(jìn)行了分析和評(píng)定。關(guān)鍵詞 淬火油 熱處理 研制 試驗(yàn)1.前言 隨著機(jī)械行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)熱處理工藝的要求越來(lái)越高，對(duì)熱處理用冷卻介質(zhì)相應(yīng)提出了更高的要求1。淬火油是精加工零件淬火所用的良好的介質(zhì)，因其冷卻性能易于調(diào)整，且冷卻速度適中，被廣泛應(yīng)用于汽車、軸承和冶金礦

2、山機(jī)械等金屬加工領(lǐng)域。加熱和冷卻是熱處理的兩個(gè)基本組成部分，熱處理基本原理就是通過(guò)加熱和冷卻來(lái)改變材料的組織性能2。近幾年來(lái)，我國(guó)在熱處理專用油研究中做了大量的工作，相繼研究開(kāi)發(fā)出了一系列的專用熱處理油產(chǎn)品，并相應(yīng)地建立了熱處理油的熱氧化安定性、冷卻性能、光亮度的試驗(yàn)方法。我國(guó)研制的熱處理油系列產(chǎn)品，其質(zhì)量水平已達(dá)到了80年代初國(guó)際先進(jìn)水平，可滿足不同爐型、不同鋼種、不同形狀、尺寸的零件淬火。汽車行業(yè)和軸承行業(yè)是較早認(rèn)識(shí)到新的淬火油重要性行業(yè)。應(yīng)用較普遍的是快速淬火油、光亮淬火油、快速光亮淬火油、等溫、分級(jí)淬火油、超速淬火油、回火油等3。解決了國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口熱處理設(shè)備的用油問(wèn)題，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效

3、益和社會(huì)效益。 淬火油由基礎(chǔ)油及催冷、光亮、高溫抗氧等添加劑調(diào)配而成。燕化煉油廠所產(chǎn)基礎(chǔ)油，具有適宜的餾份，良好的粘溫特性，較低的蒸發(fā)損失等質(zhì)量特征，適于淬火油的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，但目前一直處于空白狀態(tài)，為了充分利用企業(yè)的基礎(chǔ)油資源 ，開(kāi)發(fā)高性能的淬火油，以滿足市場(chǎng)需求，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2.淬火油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)快速光亮淬火油的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。 表1 冷淬火油的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目普通淬火油快速淬火油超速淬火油快速光亮淬火油實(shí)驗(yàn)方法運(yùn)動(dòng)粘度（40），mm2/s 不大于30261738GB/T265閃點(diǎn)（開(kāi)口） 不低于180170160180GB/T3536燃點(diǎn)， 不低于200190180200GB/T3536傾

4、點(diǎn)， 不高于-9-9-9-5GB/T3535水分，% 不大于 痕跡痕跡痕跡無(wú)GB/T260腐蝕試驗(yàn)（銅片1003h），級(jí)， 不大于1111GB/T5096光亮性， 不大于3221標(biāo)準(zhǔn)專用方法熱氧化安定性粘度比， 不大于殘?zhí)吭黾又担? 不大于1.51.51.51.51.51.51.51.5SH/T0219冷卻性能特性溫度， 不低于800400，S 不大于800300，S 不大于5205.06004.05856.06004.5SH/T02203.性能考察 快速光亮淬火油具有良好的淬火冷卻性能，淬火后零件表面光潔，有防銹作用、長(zhǎng)壽命、耗油少，可以保證金屬所需要的表面硬度和穩(wěn)定的金相組織。在研制中，考

5、察了燕化基礎(chǔ)油的冷卻性能，評(píng)定了不同催冷劑對(duì)燕化基礎(chǔ)油冷卻性能的改善情況，同時(shí)，對(duì)添加劑的配伍性進(jìn)行了研究，最終確定了以燕化生產(chǎn)的HVI150為基礎(chǔ)油的快速光亮淬火油的組成。3.1基礎(chǔ)油的選擇燕化煉油廠有豐富的基礎(chǔ)油資源，不同餾分范圍的基礎(chǔ)油對(duì)工件的冷卻能力是不一樣的，而基礎(chǔ)油的冷卻性能主要取決于它的粘度4，根據(jù)快速光亮淬火油的質(zhì)量指標(biāo)對(duì)我廠生產(chǎn)的HVI150進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，從表2看出，我廠生產(chǎn)的HVI150能夠滿足快速光亮淬火油對(duì)基礎(chǔ)油的要求。表2 HVI150分析結(jié)果項(xiàng)目殘?zhí)?%閃點(diǎn)(開(kāi)口)100運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s40運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s粘度指數(shù)銅片腐蝕旋轉(zhuǎn)氧彈，min堿性氮PPM

6、分析值0.0042085.12929.541011a19213.263.2催冷劑的性能考察冷卻性能即冷卻能力，是淬火油的最重要的指標(biāo)5。雖然選擇了合適的基礎(chǔ)油，但不能滿足快速光亮淬火油的各項(xiàng)技術(shù)要求，還必須加入催冷劑、光亮劑、高溫抗氧劑等其他添加劑來(lái)改善和提高淬火油的性能。催冷劑一般為大分子的聚合物，由于分子量和結(jié)構(gòu)的不同，可以明顯的提高淬火油的冷卻性能使沸騰階段提早進(jìn)行，選擇一種既能提高淬火油的特性溫度，又能改善零件在低溫區(qū)冷卻性能的催冷劑是十分必要的6。要想對(duì)其冷卻性能進(jìn)行評(píng)定，就必須要做冷卻性能試驗(yàn)。冷卻性能裝置是由裝有可控溫度裝置的管式爐、X-Y函數(shù)記錄儀，電位差計(jì)和銀探頭等組成。將銀

7、探頭加熱到810保持2-3min后，迅速淬入試樣中連續(xù)記錄銀探頭溫度下降與時(shí)間變化的函數(shù)曲線，根據(jù)冷卻曲線確定試樣的冷卻性能。冷卻曲線見(jiàn)圖14，從圖14可看出，曲線3，5，6，7，8具有良好的冷卻性能，滿足SH056493快速光亮淬火油的指標(biāo)要求。將不同的催冷劑進(jìn)行復(fù)合，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。表3 催冷劑的考察項(xiàng) 目12345678基礎(chǔ)油100100100100100100100100催冷劑Aaaaa催冷劑Bbb1b1b2b+0.2b+0.4b+0.35b+0.4催冷劑Cc催冷劑Ddd1特性溫度595562609574610609610612特性時(shí)間s2.83.02.72.82.82.72.92.9

8、800400時(shí)間/s4.04.43.74.23.83.63.73.6800300時(shí)間/s10.510.910.410.910.49.610.810.1注1A，2A：為兩種油品冷卻曲線；1B，2B為兩種油品最大冷速曲線圖1 淬火介質(zhì)冷卻性能曲線（一）注3A，4A：為兩種油品冷卻曲線；3B，4B為兩種油品最大冷速曲線圖2 淬火介質(zhì)冷卻性能曲線（二）注5A，6A：為兩種油品冷卻曲線；5B，6B為兩種油品最大冷速曲線圖3 淬火介質(zhì)冷卻性能曲線（三）注7A，8A：為兩種油品冷卻曲線；7B，8B為兩種油品最大冷速曲線圖4 淬火介質(zhì)冷卻性能曲線（四）由表3可見(jiàn)，催冷劑B、C、D對(duì)提高油品的特性溫度極為有效，

9、所用催冷劑均能縮短800400的冷卻時(shí)間，而催冷劑B對(duì)縮短800400時(shí)間最有效。由于催冷劑C在市場(chǎng)上已經(jīng)斷貨，因此，選擇催冷劑A、B復(fù)合冷卻效果比較明顯。3.3光亮劑的考察光亮性是淬火油的重要性能之一。淬火零件在進(jìn)入淬火油之前溫度一般都在800以上，在如此高溫下淬火油難免發(fā)生分解、聚合、氧化等反應(yīng)，從而產(chǎn)生少量的非油溶性的物質(zhì)和炭黑等物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)附著在零件的表面，使零件表面失去光澤且影響以后的加工工序。要想避免這種情況的發(fā)生，就必須加入適量的光亮劑。光亮劑通常具有清凈和分散的作用，但要想有更好的溶解和置換作用，就必須加入表面活性劑。表4是對(duì)光亮劑不同用量的考察結(jié)果。由表4可以看出，選擇光

10、亮劑A 和B復(fù)配效果比較理想。 表4 光亮劑的考察項(xiàng) 目12基礎(chǔ)油100100光亮劑Aaa1光亮劑Bbb光亮性/級(jí)113.4 熱氧化安定性的考察由于淬火油長(zhǎng)期處于高溫下使用，氧化、熱分解等老化現(xiàn)象隨著零件淬入量的增加和使用周期的延長(zhǎng)而產(chǎn)生，如果油品的品質(zhì)較差易導(dǎo)致油品逐漸變質(zhì)，冷卻性能明顯下降，達(dá)不到淬火質(zhì)量要求。要求淬火油必須具備良好的熱氧化安定性，以保證油品的使用壽命。所以，分別對(duì)胺型、酚型等七種抗氧劑進(jìn)行單劑、三劑復(fù)配評(píng)定，與兩種淬火油的復(fù)合劑進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5看出，與兩種淬火油的復(fù)合劑比較，七種抗氧劑的抗氧化作用均較明顯，尤其是胺型、酚型和金屬鈍化劑三種抗氧劑復(fù)合使用效果更佳

11、。在試驗(yàn)后期，為降低成本，優(yōu)化配方，仍然是胺型、酚型和金屬鈍化劑復(fù)合使用，并采用正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。表5 熱氧化安定性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果編號(hào)YaYbYcYdYeYfYg復(fù)合劑 A復(fù)合劑B粘度比殘?zhí)吭黾?值現(xiàn)象*11.160.065421.140.039431.130.13441.070.077351.070.074361.070.167371.100.017381.250.27391.120.2271101.070.0144111.010.01341210.1134131.010.0924141.040.0161151.030.0141161.010.0163注：*熱氧化安定性的現(xiàn)象分為五級(jí)：0級(jí)最

12、好，4級(jí)最差表 6 正交法熱氧化安定性試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)YaYbYcYdYe粘度比殘?zhí)吭黾?值現(xiàn)象*11.000.003221.030131.010141.020151.020161.030171.000281.040.0052注：*熱氧化安定性的現(xiàn)象分為五級(jí)：0級(jí)最好，4級(jí)最差3.5 添加劑配伍性能的考察 為了使研制的快速光亮淬火油達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求，除在基礎(chǔ)油中加入催冷劑外，還必須添加其他不同功能的添加劑如抗氧劑、光亮劑等來(lái)改善油品的技術(shù)性能。因此，對(duì)添加劑配伍性能的考察也是本研究課題的關(guān)鍵之一。表7列出了幾種添加劑復(fù)合后油的性能變化情況。表7 幾種添加劑復(fù)合后油的性能 序號(hào) 項(xiàng)目123456添

13、加劑加入量%AaaaaaaBb1b2b1b2b3b2Ccc+0.2c+0.4c+0.35cc1Dd1d2d3d3d4Ee1e2e3e3e2e1Gg冷卻性能特性溫度595610609610612609特性時(shí)間s2.82.92.72.82.72.7800400時(shí)間s4.03.83.63.73.63.7800300時(shí)間s10.510.49.610.810.110.4 運(yùn)動(dòng)粘度（40），mm2/s33.3833.9534.6634.4034.2234.07從表7的評(píng)定結(jié)果可以看出，幾種添加劑復(fù)合后的冷卻性能均可以達(dá)到快速光亮淬火油的水平。從表8看出，選擇5號(hào)作為快速光亮淬火油的配方比較合適。表8 添加

14、劑成本核算表配方號(hào)項(xiàng)目123456添加劑成本元噸9068348417586497934.快速光亮淬火油的全面性能評(píng)價(jià)通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)油的選擇，以及添加劑的配伍性研究工作，確定了快速光亮淬火油的組成。即是以燕化公司生產(chǎn)的HVI150作為基礎(chǔ)油，添加催冷劑、光亮劑、復(fù)合抗氧劑等添加劑調(diào)制而成的?？倓┝繛?.88%。綜合性能見(jiàn)表9。由表9可見(jiàn)，所研究的快速光亮淬火油完全符合技術(shù)規(guī)格要求。表9 快速光亮淬火油的分析結(jié)果項(xiàng) 目實(shí)測(cè)值SH0564規(guī)格試驗(yàn)方法運(yùn)動(dòng)粘度（40），mm2/s3422不大于38GB/T265閃點(diǎn)（開(kāi)口）184不低于180GB/T3536燃點(diǎn)，不低于200GB/T3536傾點(diǎn)，-13不高

15、于-5GB/T3535水分，%無(wú)無(wú)GB/T260腐蝕試驗(yàn)（銅片1003h），級(jí)，1a不大于1GB/T5096光亮性，1不大于1標(biāo)準(zhǔn)專用方法熱氧化安定性粘度比，殘?zhí)吭黾又担?1.020.001不大于1.5不大于1.5SH/T0219冷卻性能特性溫度，800400，S6123.6不低于600不大于4.5SH/T02205.經(jīng)濟(jì)效益燕化煉油事業(yè)部有充足而廉價(jià)的基礎(chǔ)油資源，HVI150基礎(chǔ)油以3400元噸計(jì)，我所研制的配方添加劑的成本650元噸，調(diào)制一噸快速光亮淬火油成本大約需要4000元左右，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，快速光亮淬火油每年有至少200噸的需求量，并且市場(chǎng)售價(jià)較高，每噸最少在6500元以上，預(yù)計(jì)每噸的經(jīng)濟(jì)效益至少在2500元左右。有其良好的社會(huì)效益及可觀的經(jīng)濟(jì)效益。6. 結(jié)論以燕化煉油廠生產(chǎn)的HVI150為基礎(chǔ)油，加入催冷劑、光亮劑和復(fù)合抗氧劑研制而成的快速光亮淬火油具有良好的冷卻性能、熱氧化安定性和光亮性能，其理化性能指標(biāo)完全達(dá)到了SH0564技術(shù)的要求。7