一款等温分级淬火油的配方组成

上海交通大学（200240）冀丙青

随着我国工业化水平的不断提高，热处理行业的产业升级势在必行，对处于关键环节的淬火冷却介质，会提出更高要求。因此，合理科学地配置出长寿命等温分级淬火油，对于减少环境污染，改善产品质量，增强我国热处理行业的综合竞争力有着重要的影响。

一、目的

配置出一款适用于120℃左右的等温分级淬火油，既需要具备一定的冷却能力，同时又能有效控制变形量，环保绿色，健康安全，设计指标要求如表1。

冷速测试依据：JIS K2242

表1 等温分级淬火油设计要求

二、配方组成及冷却性能对比

1.配方简介

设计思路：600℃以上高温区快速突破蒸汽膜阶段，及早进入沸腾阶段，350℃以下则尽量缓冷，减缓变形。为了达到目的，需要合理正确地搭配基础油和添加剂。配置出的最终产品，在此文中命名为M—22，适用温度范围为100～140℃。

配方中摒弃了传统的焦油沥青、乙丙烯共聚物、水杨酸盐、丙烯酸树脂、脂肪酸盐等添加剂，调配后的M—22的组份如下：

①基础油500N 75%～85%。

②光亮油150BS 10%～20%。

③聚异丁烯基丁二酰亚胺 0.2%～1.0%。

④复合碱性磺酸盐 0.2%～2.0%。

⑤聚异丁烯 1.0%～4.0%。

⑥N-苯基苯胺与 2,4,4-三甲基戊烯的反应物0.1%～0.5%。

⑦酚类盐 0.1%～0.5%。

⑧其他 0.1%～0.5%。

2.物理数据

为检验性能，挑选了国内使用较广泛的两款同级别知名产品进行对比，一款为出光公司的另一款为好富顿公司的MAR-TEMP 355，物理数据见表2。

3.冷却性能

（1）冷却曲线图 测试依据：JIS K2242；淬火油状态：油温100℃，静止状态，连续冷却。图1，图2冷却曲线为实测曲线，图3冷却曲线摘自出光公司产品介绍。

表2 新油典型数据对比

（2）冷却数据对比分析 为更加方便、直观地进行对比，我们依据上述图表，整理数据后列于表3。

从表3得到的H值，利用阪大式淬火烈度表5进行查询，得到800～300℃冷却时间，对比时间数值见表4。

表4中的M—22及MAR-TEMP 355 在800～300℃的冷却时间，测试值与查表值基本相近，出光公司的介绍值与查表所得数值有出入，根据表5及出光公司介绍的冷却曲线图查询，ダフニーハイテンプオイルX 的淬火烈度H值应为0.126 cm-1（100℃），如果按照淬火烈度0.128cm-1的数值，利用阪大式淬火强烈度H值表来查，ダフニーハイテンプオイルX在800～300℃的冷却时间应为6.7s，而非产品介绍图上的6.9s，两者相差0.2s。

图1 M—22 冷却曲线

图2 MAR-TEMP 355 冷却曲线

图3 冷却曲线

表3 冷却数据对比

表3 冷却数据对比

表4 查询阪大式淬火烈度H值表所得时间对比值

通过对比发现，MAR-TEMP 355虽为等温分级淬火油，但其淬火烈度数值很高，在300～ 200℃区间冷速依然较快，其冷却特征更加接近于快速淬火油。实际在等温淬火过程中，在650℃以上高温区和400℃以下低温区，并不需要快速冷却，尤其在300～200℃之间，需要缓慢冷却，以减少热应力和组织应力综合作用而造成的变形影响。

40℃时，M-22的粘度高出ダフニーハイテンプオイルX 很多，但两者的冷却效果却基本相同。虽然M—22有较高的特性温度，但是特征冷却时间方面ダフニーハイテンプオイルX却能追赶上M—22，同时在800～400℃的冷却时间方面，ダフニーハイテンプオイルX表现出非常短的特性，但是800～350℃以及800～300℃的冷却时间，两者却非常的接近。

从配方上可以推断出ダフニーハイテンプオイルX使用的低粘度油品所占比例较高，高温区主要通过大量催冷剂来提高冷速，在低温区，则尽可能地利用油品自身的冷却能力来冷却；而M—22在高温区会合理利用自身高粘度的特性来获得一定的冷速，低温区则需要通过少量催冷剂来调节冷速。虽然设计思路不同，但是在等温分级淬火中，两者均有较好的冷却能力及变形控制效果。

表5 JIS K2242 阪大式淬火烈度 H 值 （cm-1）

三、结语

此款等温分级淬火油的配方取得了理想的效果，能够很早进入沸腾阶段，减少了蒸汽膜阶段过长而带来的风险，800～400℃以及800～300℃的冷却时间、淬火烈度等数值均较为理想，设计达到了最初的要求，其在100～140℃区间内使用时，能够获得较好的冷却能力和变形控制效果。