菜籽油基生态淬火油的研制

４结论
（１）和矿物油基淬火油比较，菜籽油基生态淬 火油环保性能优异。 （２）菜籽油基生态淬火油的冷却性能优于或不 劣于矿物油基淬火油，高的使用温度和稳定的低温 冷速有助于减少淬火应力和变形。 （３）菜籽油基生态淬火油氧化和水解稳定性还 需要进一步观察或加强，其成本需要进一步降低。 （４）菜籽油基生态淬火油有希望取代传统的矿 物油基淬火油。 参考文献
淬火油使用温度“℃——１ｊ孬￡函ｉ————；丐再西５ｉ一
５０ ８０ １１０ １３０ ５２ ６５ ８４ ９５ ４８ ５７ ６６
由于菜籽油基淬火油具有突出的环保性能，不 消耗一次能源并具有较好的冷却性能，可以预计， 它的应用会越来越普及，很有希望代替矿物油基淬 火油。 但目前就菜籽油基生态淬火油的推广应用而 言，还存在一些问题，主要是【６】：①水解稳定性和 氧化稳定性问题，需要进一步在实际生产中进行观 察和用添加剂技术进行改进。②成本问题，目前植 物油基淬火油成本约为矿物油基淬火油的２￣３倍。
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三！：！！
为改善低温流动性能，需要对菜籽油进行“冷 冻”化处理，即将菜籽油冷冻到一定温度然后过滤， 这样就可以除去固体成分及高熔点的饱和组分等。 试验结果表明，经冷冻化处理的菜籽油，熔点降低 约５℃左右。 淬火油是在较高温度下使用的，所以在淬火油 添加剂中最重要的是要确定合适的抗氧化剂及其恰 当的含量。虽然菜籽油是抗氧化性能较好的植物 油，但由于仍含有大量不饱和双键，其氧化稳定性 和水解稳定性远没有矿物油好。解决的办法是用优 选组合抗氧化剂而不是单一的抗氧化剂。作用效果 如表２所示。从表２明显可以看出，组合抗氧化 剂大大降低了氧化速度，效果要比单一抗氧化剂 好。我国国家标准对矿物油基快速光亮淬火油的规 定是：４８ ｈ加速氧化试验后，酸值№ｏＩｉ增加不大
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６陈春怀．热处理淬火介质的环保阿曩探讨．见：第六届 全盈淬火冷却擎术套ｔｌ交藏论文。大连，２０∞
万方数据
裹５加热温度对生态淬火油的冷速影响
图ｌ生态淬火剂的冷速特点
这里的常规淬火油指的是矿物油基中等冷速的 淬火油，具体的测试用油是市场上广泛使用的 ＭＴ３５５。两者均是在无搅拌６０℃油温下测试的。 从图１可见，和矿物油基淬火油比较，菜籽油基生 态淬火油的冷却特点是：①高温冷速快。②低温冷 速慢，而这一温度范围正是发生马氏体相变的区 域，所以小的冷速对减小应力和变形是有利的。 ③几乎没有蒸气膜阶段。这可能与它的分子极性 有关。 ２．１．２电子秒表测试 电子秒表法或ＧＭ冷速测试法，是用通过测 定镍球从星顺磁性的某一高温温度（如８８５℃）在淬 火油中冷至镍球呈现铁磁性温度即居里点（大致在 ３５５℃）时的冷却时间来表征淬火油冷速的，冷却 时间越长，冷速越慢。测试结果如表３所示。
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１：！坠
２性能测试
２．１冷却性能测试
２．１．１
衰４轴向硬度分布
距小头距离∥衄
ｉｖｆ冷速测定仪测定 用ｉｖｆ冷速测定仪对菜籽油基生态淬火油冷却
性能进行测试，并和传统的矿物油基淬火油进行比 较，如图１所示。
一
心部硬度珊Ｒｃ
ＭＴ３５５ 生志淬火油
两者淬火后的硬度值很接近，说明两者具有相 同的淬硬能力。出现这种情况的原因是由于和矿物 油比较，菜籽油的沸点高，而冷却秒的测试方法实
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万方数据
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表３电子秒表法测试结果
淬火油种类 生态淬火油 常规中等冷速的矿物油（ＭＴ３５５）
于０．１５％。从试验结果看，选用该组合抗氧化剂后 的植物油基淬火油的热稳定性已经接近于矿物油基 淬火油。
第３８卷第１０期 ｚｏｏｚ年，ｏ月
机械工程学报
ｖｏｌ・３８
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菜籽油基生态淬火油的研制
陈春怀周敬思
ｆ西安交通大学材料科学与工程学院西安７１００４９）
摘要：传统的矿物油基淬火油由于很难进行生物降解，对环境造成严重污染。调查表明矿物油是地下水源的最 大污染源，各国对有关矿物油的使用和排放都已提出了越来越严格的要求。因此研制新型的环保型淬火油势在 必行。论述一种基于菜籽油的植物油基淬火油，它不仅具有突出的环保和生态优势而且具有优良的冷却性能， 是很有希望替代矿物油的新型生态淬火油，有着广阔的应用前景。 关键词：淬火油环保矿物油植物油 中图分类号：ＴＧｌ４４ Ａ
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际上是测试从高温冷却到镍合金居里点（大致在 ３５５℃）的平均冷却时间，在居里点温度附近时的 矿物油还处于沸腾冷却阶段，但菜籽油早已停止沸 腾进入对流冷却阶段，而对流阶段的冷速要比沸腾 阶段的冷速低很多，但因此时已经躲过了ｃ曲线
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一
的鼻子尖，所以冷却速度慢一些同样能保证淬硬， 而且对减少变形还有好处。因此，仅从冷却秒的角 度判断比较冷却能力，容易造成菜籽油基的淬火油 比矿物油基的淬火油冷速低的错觉；同时它也说 明，冷却秒测试方法不适应于菜籽油（植物油）基 淬火油。冷却曲线测试法是最合适的测试方法，既 适合矿物油基淬火油也适合植物油基淬火油。 ２．１．３冷速随温度的变化 进而对生态淬火油的冷却速度随温度变化情况 进行测试，结果如表５所示。
日本化学会著．碳氢化合物污染及其对策．李芥春，宁 振乐，王齐亮，等译．北京：科学出版社，１９８７
２
Ｏ．０３～０．０６衄为二级品，Ｏ．０６ ｍ以上者为等外
品。一般认为矿物油中的分级淬火油对减少淬火 变形有帮助，这里选用优质分级淬火油ＭＴ３５５进 行比较。工件在不同温度的矿物油基分级淬火油 和菜籽油基生态油中进行淬火，淬火后的一级品 合格率如表６所示。从表可见，用菜籽油基生态 淬火油淬火，其变形比用矿物油基淬火油的明显 地小。在表６中，没有矿物基淬火油在１３０℃的 数据，因为即使是分级淬火油，一般的矿物油基 淬火油不能使用到这么高的温度，而菜籽油基淬 火油的使用温度还可以再高一些。当然，温度升 高，油的氧化加速，老化加剧，所以也需要确定 在一个相对合适的温度。
１配方设计
淬火油是由基础油和众多添加剂组成的。试验 表明，植物油含有的脂肪酸组分越多，抗氧化性能 越好。通过对经济性和冷却性能进行比较，选择了 菜籽油作为基础油，其主要性能指标如表ｌ所示。
衰ｌ所用菜籽油的组分性能 塑壁壁壁鳇 塑竖要璺
芥酸４０～５５
பைடு நூலகம்油酸１９
脂肪酸组分的质量分数“％ 弧油酸１２～１６
亚麻酸７～１０
１
３实际应用和存在的问题
菜籽油基淬火油已经在不少工厂进行了生产应 用试验，其处理的工件包括工具钢、轴承钢、中低 碳（合金）钢和渗碳钢等，无论是在硬度及其均匀 性、变形、表面质量方面等都取到了很好的效果， 优于或不劣于矿物油。 例如某齿轮厂生产的半轴齿轮，端面模数 ２．７５．其内花键是加工和装配的定位基准．变形要 求很严，两端直径差在Ｏ．０３ Ｉｎｍ以下者为一级品，
裹２不同抗氯化剂的效果比较 鱼丝堑堕量坌墼型丝
２，６一二叔丁基对甲酚（０ ３） ２，６一二叔丁基对甲酚（Ｏ ８） 组合抗氧化嗣（０ ３）
堡塑堕回生
２ｌ也５
１０～１２ １４一１６
热油
塑！塑垄塾丝重主塑堕盟壅丝监姐！堑
０ ５４８ ０ ４９６ ０ ３６２
从测试结果看，生态淬火油的冷却时间长于矿 物油。但用３０ＣｒＭｏ钢制作的锥形轴（小头直径 ≯２０ ｒｒｌＩｎ，长度３００ｍｍ，锥度ｌ：１０）在ＭＴ３５５和 生态淬火油中淬火后，轴向剖开沿轴向测量心都硬 度，结果如表４所示。
竺！！：筮釜篓美嚣显
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９５ １２０ １５０ １７５ ９９ １００ １００ ９９ ９９ ８ ７ ６ ６ ５ ６ ５ ４ ３ ３
万方数据
！！！
塑塑三矍兰塑
从表中数据可见，淬火油温对最大冷速几乎
一—苎三曼堂曼上生！！一
一圾品合格率目，％
表６不局加热温度下一级品合格率比较
没有影响，对低温冷速影响也非常小。 菜籽油基生态淬火油闪点高达３３０℃，能够大 大提高淬火油的工作温度。对一般矿物油基淬火油 而言，提高使用温度，减少了工件冷却的温度梯度， 对减少热处理变形有利，但随着温度的提高，矿物 油的对流冷速加快，这又对变形产生不利影响。而 菜籽油基生态淬火油不仅工作温度可比矿物油高， 而且最大冷速几乎没有变化，低温对流冷速的变化 也非常小，这对减少零件的热处理变形将不无好 处。所以，能更好地满足日益严格的零件精度要求， 给机械加工带来方便。 ２．２环保试验 衡量生物降解性的一个重要试验是ＣＥＣ试 验，它是将样品和标准含菌试液混合，放置２８天， 然后用红外光谱扫描测量样品中所减少的碳氢链物 质含量。测试结果如下：矿物油基淬火油减少量 １０％～４０％；而菜籽油基淬火油的减少量为８０％～ １００％。可见菜籽油基淬火油具有较矿物油基淬火 油优越得多的生物降解性能。而菜籽油本身是可以 食用的，没有毒性。所以，菜籽油基生态淬火油具 有突出的环保优点。
０前言
淬火是机械加工中的一个关键工序，而淬火介 质则是这一工序获得高的内在质量的重要保证。目 前人们主要应用含有多种添加剂的矿物油基淬火油 进行淬火冷却，但矿物油由于很难进行生物降解， 所以，对环境造成了严重危害。矿物油对环境的危 害主要表现在【１】：①矿物油的一些组分对人体有害， 且危害作用随烷烃、烯烃和芳香族顺序而加剧。② 破坏植物细胞膜内脂质层，影响光合作用正常进 行。⑨使动物消化和呼吸系统不能正常工作。④影 响水圈生态平衡。最近研究表明，废弃排放的矿物 油（特别是直接排放在土壤中的），是地下水的一 个主要污染源圆。因此，矿物油环境污染问题引起 了人们广泛注意并对其使用和排放提出了越来越严 格的要求。例如，美国的ＥＰＡ规定在水道中不允许 有矿物油污染，在淡水中要少到用肉眼观察不到被 膜【”。ＡｓＭ热处理协会也在２０２０年规划中提出要 大幅度推广使用具有环保优势的淬火介质【３】。 植物油基淬火油由于生物降解容易，具有突出 的环保优势，被称为环保型淬火油或生态淬火油。 从长远看，矿物油是不可再生的一次资源，终有枯 竭的一天，而植物油却是可再生的资源，能持续保 证供应。因此植物油基淬火油很有希望在不远的将 来代替矿物油进行淬火，而开发新的植物油基淬火 油也成为热处理领域技术发展的一个重要趋势。目 前见到报道的植物油基淬火剂主要有豆油基淬火 油【４】，ｃｒａｍｂｌｅ油基淬火油嘲等，本文论述的是以 菜籽油为基础油所开发研制的植物油基淬火油。