快速光亮淬火油的研制.doc

2002年科技论文研字 第 号快速光亮淬火油的研制赵彩伶 孙素华北京燕山分公司炼油厂研究所2002年11月目 录1. 前言2. 淬火油规格标准3. 性能考察4. 快速光亮淬火油的组成及综合性能5. 经济效益6. 结论7. 参考文献 快速光亮淬火油的研制摘要 详细介绍了快速光亮淬火油的研制步骤和工艺过程，对其理化性能、冷却特性、工艺性能进行了分析和评定。关键词 淬火油 热处理 研制 试验1.前言 随着机械行业的高速发展，对热处理工艺的要求越来越高，对热处理用冷却介质相应提出了更高的要求1。淬火油是精加工零件淬火所用的良好的介质，因其冷却性能易于调整，且冷却速度适中，被广泛应用于汽车、轴承和冶金矿山机械等金属加工领域。加热和冷却是热处理的两个基本组成部分，热处理基本原理就是通过加热和冷却来改变材料的组织性能2。近几年来，我国在热处理专用油研究中做了大量的工作，相继研究开发出了一系列的专用热处理油产品，并相应地建立了热处理油的热氧化安定性、冷却性能、光亮度的试验方法。我国研制的热处理油系列产品，其质量水平已达到了80年代初国际先进水平，可满足不同炉型、不同钢种、不同形状、尺寸的零件淬火。汽车行业和轴承行业是较早认识到新的淬火油重要性行业。应用较普遍的是快速淬火油、光亮淬火油、快速光亮淬火油、等温、分级淬火油、超速淬火油、回火油等3。解决了国产和进口热处理设备的用油问题，取得了一定的经济效益和社会效益。 淬火油由基础油及催冷、光亮、高温抗氧等添加剂调配而成。燕化炼油厂所产基础油，具有适宜的馏份，良好的粘温特性，较低的蒸发损失等质量特征，适于淬火油的开发生产，但目前一直处于空白状态，为了充分利用企业的基础油资源 ，开发高性能的淬火油，以满足市场需求，提高企业的经济效益。2.淬火油规格标准快速光亮淬火油的技术指标见表1。 表1 冷淬火油的技术指标项 目普通淬火油快速淬火油超速淬火油快速光亮淬火油实验方法运动粘度（40），mm2/s 不大于30261738GB/T265闪点（开口） 不低于180170160180GB/T3536燃点， 不低于200190180200GB/T3536倾点， 不高于-9-9-9-5GB/T3535水分，% 不大于 痕迹痕迹痕迹无GB/T260腐蚀试验（铜片1003h），级， 不大于1111GB/T5096光亮性， 不大于3221标准专用方法热氧化安定性粘度比， 不大于残炭增加值，% 不大于1.51.51.51.51.51.51.51.5SH/T0219冷却性能特性温度， 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却性能，淬火后零件表面光洁，有防锈作用、长寿命、耗油少，可以保证金属所需要的表面硬度和稳定的金相组织。在研制中，考察了燕化基础油的冷却性能，评定了不同催冷剂对燕化基础油冷却性能的改善情况，同时，对添加剂的配伍性进行了研究，最终确定了以燕化生产的HVI150为基础油的快速光亮淬火油的组成。3.1基础油的选择燕化炼油厂有丰富的基础油资源，不同馏分范围的基础油对工件的冷却能力是不一样的，而基础油的冷却性能主要取决于它的粘度4，根据快速光亮淬火油的质量指标对我厂生产的HVI150进行分析。数据见表2，从表2看出，我厂生产的HVI150能够满足快速光亮淬火油对基础油的要求。表2 HVI150分析结果项目残炭 %闪点(开口)100运动粘度，mm2/s40运动粘度，mm2/s粘度指数铜片腐蚀旋转氧弹，min碱性氮PPM分析值0.0042085.12929.541011a19213.263.2催冷剂的性能考察冷却性能即冷却能力，是淬火油的最重要的指标5。虽然选择了合适的基础油，但不能满足快速光亮淬火油的各项技术要求，还必须加入催冷剂、光亮剂、高温抗氧剂等其他添加剂来改善和提高淬火油的性能。催冷剂一般为大分子的聚合物，由于分子量和结构的不同，可以明显的提高淬火油的冷却性能使沸腾阶段提早进行，选择一种既能提高淬火油的特性温度，又能改善零件在低温区冷却性能的催冷剂是十分必要的6。要想对其冷却性能进行评定，就必须要做冷却性能试验。冷却性能装置是由装有可控温度装置的管式炉、X-Y函数记录仪，电位差计和银探头等组成。将银探头加热到810保持2-3min后，迅速淬入试样中连续记录银探头温度下降与时间变化的函数曲线，根据冷却曲线确定试样的冷却性能。冷却曲线见图14，从图14可看出，曲线3，5，6，7，8具有良好的冷却性能，满足SH056493快速光亮淬火油的指标要求。将不同的催冷剂进行复合，具体数据见表3。表3 催冷剂的考察项 目12345678基础油100100100100100100100100催冷剂Aaaaa催冷剂Bbb1b1b2b+0.2b+0.4b+0.35b+0.4催冷剂Cc催冷剂Ddd1特性温度595562609574610609610612特性时间s2.83.02.72.82.82.72.92.9800400时间/s4.04.43.74.23.83.63.73.6800300时间/s10.510.910.410.910.49.610.810.1注1A，2A：为两种油品冷却曲线；1B，2B为两种油品最大冷速曲线图1 淬火介质冷却性能曲线（一）注3A，4A：为两种油品冷却曲线；3B，4B为两种油品最大冷速曲线图2 淬火介质冷却性能曲线（二）注5A，6A：为两种油品冷却曲线；5B，6B为两种油品最大冷速曲线图3 淬火介质冷却性能曲线（三）注7A，8A：为两种油品冷却曲线；7B，8B为两种油品最大冷速曲线图4 淬火介质冷却性能曲线（四）由表3可见，催冷剂B、C、D对提高油品的特性温度极为有效，所用催冷剂均能缩短800400的冷却时间，而催冷剂B对缩短800400时间最有效。由于催冷剂C在市场上已经断货，因此，选择催冷剂A、B复合冷却效果比较明显。3.3光亮剂的考察光亮性是淬火油的重要性能之一。淬火零件在进入淬火油之前温度一般都在800以上，在如此高温下淬火油难免发生分解、聚合、氧化等反应，从而产生少量的非油溶性的物质和炭黑等物质，这些物质会附着在零件的表面，使零件表面失去光泽且影响以后的加工工序。要想避免这种情况的发生，就必须加入适量的光亮剂。光亮剂通常具有清净和分散的作用，但要想有更好的溶解和置换作用，就必须加入表面活性剂。表4是对光亮剂不同用量的考察结果。由表4可以看出，选择光亮剂A 和B复配效果比较理想。 表4 光亮剂的考察项 目12基础油100100光亮剂Aaa1光亮剂Bbb光亮性/级113.4 热氧化安定性的考察由于淬火油长期处于高温下使用，氧化、热分解等老化现象随着零件淬入量的增加和使用周期的延长而产生，如果油品的品质较差易导致油品逐渐变质，冷却性能明显下降，达不到淬火质量要求。要求淬火油必须具备良好的热氧化安定性，以保证油品的使用寿命。所以，分别对胺型、酚型等七种抗氧剂进行单剂、三剂复配评定，与两种淬火油的复合剂进行比较，结果见表5。从表5看出，与两种淬火油的复合剂比较，七种抗氧剂的抗氧化作用均较明显，尤其是胺型、酚型和金属钝化剂三种抗氧剂复合使用效果更佳。在试验后期，为降低成本，优化配方，仍然是胺型、酚型和金属钝化剂复合使用，并采用正交试验，结果见表6。表5 热氧化安定性的实验结果编号YaYbYcYdYeYfYg复合剂 A复合剂B粘度比残炭增加 值现象*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：*热氧化安定性的现象分为五级：0级最好，4级最差表 6 正交法热氧化安定性试验结果编号YaYbYcYdYe粘度比残炭增加 值现象*11.000.003221.030131.010141.020151.020161.030171.000281.040.0052注：*热氧化安定性的现象分为五级：0级最好，4级最差3.5 添加剂配伍性能的考察 为了使研制的快速光亮淬火油达到技术指标的要求，除在基础油中加入催冷剂外，还必须添加其他不同功能的添加剂如抗氧剂、光亮剂等来改善油品的技术性能。因此，对添加剂配伍性能的考察也是本研究课题的关键之一。表7列出了几种添加剂复合后油的性能变化情况。表7 几种添加剂复合后油的性能 序号 项目123456添加剂加入量%AaaaaaaBb1b2b1b2b3b2Ccc+0.2c+0.4c+0.35cc1Dd1d2d3d3d4Ee1e2e3e3e2e1Gg冷却性能特性温度595610609610612609特性时间s2.82.92.72.82.72.7800400时间s4.03.83.63.73.63.7800300时间s10.510.49.610.810.110.4 运动粘度（40），mm2/s33.3833.9534.6634.4034.2234.07从表7的评定结果可以看出，几种添加剂复合后的冷却性能均可以达到快速光亮淬火油的水平。从表8看出，选择5号作为快速光亮淬火油的配方比较合适。表8 添加剂成本核算表配方号项目123456添加剂成本元吨9068348417586497934.快速光亮淬火油的全面性能评价通过对基础油的选择，以及添加剂的配伍性研究工作，确定了快速光亮淬火油的组成。即是以燕化公司生产的HVI150作为基础油，添加催冷剂、光亮剂、复合抗氧剂等添加剂调制而成的。总剂量为3.88%。综合性能见表9。由表9可见，所研究的快速光亮淬火油完全符合技术规格要求。表9 快速光亮淬火油的分析结果项 目实测值SH0564规格试验方法运动粘度（40），mm2/s3422不大于38GB/T265闪点（开口）184不低于180GB/T3536燃点，不低于200GB/T3536倾点，-13不高于-5GB/T3535水分，%无无GB/T260腐蚀试验（铜片1003h），级，1a不大于1GB/T5096光亮性，1不大于1标准专用方法热氧化安定性粘度比，残炭增加值，%1.020.001不大于1.5不大于1.5SH/T0219冷却性能特性温度，800400，S6123.6不低于600不大于4.5SH/T02205.经济效益燕化炼油事业部有充足而廉价的基础油资源，HVI150基础油以3400元吨计，我所研制的配方添加剂的成本650元吨，调制一吨快速光亮淬火油成本大约需要4000元左右，根据市场调研，快速光亮淬火油每年有至少200吨的需求量，并且市场售价较高，每吨最少在6500元以上，预计每吨的经济效益至少在2500元左右。有其良好的社会效益及可观的经济效益。6. 结论以燕化炼油厂生产的HVI150为基础油，加入催冷剂、光亮剂和复合抗氧剂研制而成的快速光亮淬火油具有良好的冷却性能、热氧化安定性和光亮性能，其理化性能指标完全达到了SH0564技术的要求。7