TWI286575B - Quenching method - Google Patents

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1286575 Α7 Β7 五、發明説明（彳） 技術領域 本發明有關一種淬火方法，更精確地是有關一種關於 減少淬火變形之改良淬火方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 先前技術 於汽車工業之領域中，齒輪之淬火變形導致一齒輪對 齒輪之咬合誤差，因此對齒輪齒部造成噪音及損壞。於軸 承之領域中，其淬火變形導致於該隨後之製程中增加該硏 磨之容差，因此造成產生力之減少。 至今，一種甚至在高油溫下可很好地工作之油質媒介 、即所謂熱油（在攝氏100度下具有每秒約由10至30平方 公分之運動黏度）係用於減少淬火變形。用於減少淬火變形 ，此種熱油係極有效，但通常有問題的是在其中所淬火之 物件未能迅速地冷卻，且其硬度不佳。其結果是該已淬火 物件之齒部可能受損或斷裂，且其疲勞壽命不長。 在另一方面，當使用冷油（在攝氏100度下至多具有每 秒約6平方公分之運動黏度）時，在其中所淬火之物件可具 有一高硬度，但是有其變形增加之問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上面所述，已淬火物件之硬度及其淬火變形係於該 損益權衡中，且當已淬火物件之硬度係考慮爲重要時，使 用冷油，但當減少淬火變形係考慮爲重要時，使用熱油。 然而，近來爲獲得變形極小及具有一想要硬度之淬火 物件，已提出一些方法，其中在該冷卻步驟期間於某一時 期中所使用之淬火池係保持加壓。譬如，曰本專利第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（BOX29?公釐） Γ" 1286575 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) JP-A-6 1 -79716號揭露一種方法，其中所使用之淬火池係保 持在大氣壓力之下，直至該淬火物件抵達大約其Ms點，且 然後大約在其Ms點下加壓之，以藉此控制在其中淬火油之 沸點。這是用於減緩該淬火池中之冷卻速率。日本專利第 ίΡ-Α-4-288 1 8號揭露一種方法，其中所使用之淬火池係保 持在減壓下，直至抵達大約其Ms點，且然後大約在該Ms 點下加壓，以藉此控制在其中淬火油之沸點。這是亦用於 減緩該淬火池中之冷卻速率。曰本專利第JP-A-8_60234號 揭露一種方法，其中所使用之淬火池係保持在壓力之下， 直至其抵達大約其特徵溫度，且在其已變得低於該特徵溫 度之後，其壓力係逐漸降低至大氣壓力或至大約大氣壓力 。於這些方法之任何一種中，該已淬火物件能具有想要之 硬度，但以減少其中淬火變形之觀點而言，於這些方法中 仍然有改良之空間。 發明內容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由上面之觀點製成本發明，且其目的是提供一種能夠 產生具有極小變形及具有一想要硬度之淬火物件之淬火方 法。 本發明家已勤勉地硏究及發現令人驚訝之結果：當該 淬火池之表面係遍及欲在其中處理物件之冷卻步驟期間始 終保持在壓力之下時，則可有效地獲得前述之目的。基於 此發現，我們已經完成本發明。 換句話說，本發明係摘要如下： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） : 1286575 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 1 . 一種使用冷卻劑之淬火方法，其中該淬火池之表 面係遍及欲在其中處理物件之冷卻步驟期間始終保持在壓 力之下。 2 ·上面1之淬火方法，其中該冷卻劑係一種在攝氏 1〇〇度下至多具有每秒約2〇平方公分之運動黏度之淬火油 〇 3 ·上面1之淬火方法，其中該冷卻劑係一種水溶性 淬火液體。 4 ·上面1之淬火方法，其當攪拌該冷卻劑時進行之 〇 實施方式 下文詳細敘述本發明。 本發明係一種使用冷卻劑之淬火方法，其中該淬火池 之表面遍及欲在其中處理物件之冷卻步驟期間係始終保持 在壓力之下。 於該用語“遍及欲在其中處理物件之冷卻步驟期間始終 ”中，該冷卻步驟包含三階段：蒸氣覆蓋階段、沸騰階段、 及對流階段，並以上述三階段施行，且該用語係意指遍及 該冷卻步驟期間指示始終冷卻該物件。該蒸氣覆蓋階段係 用一冷卻劑之冷卻步驟之第一階段。於此階段中，經由欲 處理物件之高溫金屬表面與該冷卻劑之接觸所產生之蒸氣 環繞著該物件之整個表面，且該物件係只經由該蒸氣覆蓋 層冷卻。於下一沸騰階段中，使得該冷卻劑在該蒸氣覆蓋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ— 項再填· 裝- 訂 1286575 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 層已破裂之後與該物件直接接觸，且該冷卻劑有活力沸騰 環繞著該物件。於此階段中，環繞該冷卻劑之蒸發作用所 產生之潛熱冷卻該物件，及該冷卻速率係最大。於該最後 之對流階段中，該冷卻劑之溫度係低於其沸點，且該冷卻 劑只經由該冷卻劑之對流吸取該物件之熱量，以提高其本 身之溫度。因此，於此階段中，該物件只藉著所環繞冷卻 劑之對流冷卻。 對該淬火池之壓力最好落於100及980千巴之間。假 如低於1 00千巴，其係接近大氣壓力及將損失其效果；但 假如高於980千巴，其亦不宜，因爲該冷卻劑之能力將變 低。該壓力可保持相同或不同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明中，該淬火池之表面遍及欲處理物件之冷卻 步驟期間係始終保持在壓力之下。其優點係該蒸氣覆蓋層 之長度（以特徵秒數之觀點而言）在該蒸氣覆蓋層階段係減少 ，該沸騰階段中之寬度（以溫度寬度之觀點而言）係減少，且 該對流階段中之對流起始點增加。所有這些係有幫助於減 少該淬火物件之淬火變形，或亦即在本發明之特定狀況下 減少該已淬火物件之變形。然而，如果該冷卻劑係一淬火 油，其可能於該沸騰階段及該對流階段中對該淬火物件之 硬度具有某些負面影響。因此，在此種情況下，欲處理物 件最好係薄物件、小尺寸物件、及那些能很好淬火材料之 物件。 該冷卻劑用之淬火油最好具有一在攝氏1 00度下至多 每秒約20平方公分之運動黏度，因爲其於該後處理中對該 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " 1286575 A7 ____B7_ 五、發明説明（5 ) 已淬火物件之可淸潔能力沒有任何負面影響。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在另一方面，如果該冷卻劑係一種水溶性之淬火液體 ，施加至該處之壓力係有助於減少蒸氣覆蓋階段、沸騰階 段、及對流階段之所有階段中之淬火變形，而類似於該淬 火油。關於其在淬火之後之硬度，假如物件係已在大氣壓 力之下於一用於該冷卻劑之水溶性淬火液體中淬火，它們 將太硬及通常將破裂，但假如已在壓力之下於其中淬火， 其硬度將係良好。因此，對用於該冷卻劑之水溶性淬火液 體之壓力係有助於該淬火物件之硬度。據此，於本發明中 ，一水溶性淬火媒介係特別有助於用作所有物件之冷卻劑 〇 於本發明中，更佳的是於使用冷卻劑之淬火製程期間 攪拌該冷卻劑，因爲如此可均勻地淬火在其中所處理之物 件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明中，所使用之淬火池必須耐壓，因此，較佳 的淬火池是市售之真空乾燥爐或真空滲碳乾燥爐。亦較佳 的是封閉式乾燥爐，因能增加在其中之氣密性。譬如，當 該乾燥爐係配備有一欲導入其內之淨化氣體用管子時，在 其中之壓力可增加至大約980千巴。 於此一真空乾燥爐或一真空滲碳乾燥爐係用於處理在 其中物件之案例中，在其中於真空下加熱之物件係運送至 在其中包含一冷卻劑之淬火池，且然後將該物件放入該淬 火池以淬火之。於此步驟中，該物件可在減壓下由該加熱 乾燥爐傳送至該淬火池，或另一選擇是它們一次恢復至大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） " — 1286575 A7 B7 五、發明説明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氣壓力，且然後傳送進入該淬火池。無論如何，一般而言 係控制該淬火池之上側面，以致對該處之壓力可由減壓變 化至大氣壓力。於本發明中，該淬火池之表面係經由一連 接至該淬火池之壓力回復氣體管線等透過施加至該處之壓 力保持在壓力之下，且該物件係以那條件於該淬火池中淬 火。如果施加壓力至該淬火池之時間係想要縮短，其想要 的是將一儲壓器等等裝至該淬火池，且該淬火池之表面係 在一短時期內加壓。 用於本發明之淬火油一般而言係礦物油。其包含譬如 經由鏈烷屬烴基原油、中間產物基原油、或環烷基原油之 大氣壓力蒸餾所獲得之蒸餾油；經由來自此原油之大氣壓 力蒸餾之殘渣之減壓蒸餾所獲得之蒸餾油；及藉著以平常 之方式精煉該蒸餾油所獲得之純油，諸如溶劑-精煉油、氫 化-精煉油、除鱲油、淤泥-處理油。在此亦可用者係合成油 ，其包含譬如聚-α -烯烴（PAO)、α -烯烴共聚物、聚丁烯、 烷基苯、多元酯類、雙質子酸酯、聚氧烯二醇、聚氧烯二 醇酯、聚氧烯二醇醚、受礙酯、胺基矽油等。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於在此所使用之水溶性淬火液體，可使用一溶解在 水中之可水溶聚合物，譬如，聚烷撐二醇（PAG)、聚乙烯醇 (PVA)、聚乙烯氮戊環酮（PVP)、聚丙烯酸鈉（SPA)、聚異丁 烯馬來酸鈉（PMI)或聚乙二醇（PEG)，其質量百分比係由百 分之1至50，較佳係由百分之5至30。 除了上面所述以外，用在本發明之冷卻劑可選擇性地 包含任何其他添加劑，例如：不會干擾本發明之目的之極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 1286575 A7 B7 五、發明説明（7 ) 壓添加劑、淸淨分散劑、抗氧化劑、變形劑、冷卻劑改良 劑。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 範例 參考以下之範例更詳細地敘述本發明，然而其不欲限 制本發明之範圍。 範例1 : 使用在攝氏100度下具有每秒約18.6平方公分之運動 黏度之石鱲基礦物油當作淬火油，在下文所論及之條件下 進行一淬火測試。如此處理物件之物理性質係根據下文所 論及之方法作測量。在下面表1中給予該測試資料。 淬火測試： 試片形狀：測試SCM420之油炸圈餅形狀薄板，其具 有8〇毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.8毫米之厚度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 淬火條件：該試片係在攝氏850度下均勻地加熱達1 小時之久，且然後在攝氏120度下於該淬火油中作處理。 對該淬火池表面之壓力：343千巴（增壓）。 淬火變形之測量： 真圓度：在如上面所述淬火之後，在6點以一顯微鏡 測量每一板之外徑，及獲得如此測量之最大値及最小値間 之差値。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1286575 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 硬度之測量： 根據JIS Z 2245之Rockwell(駱式）硬度測試方法測量 每一淬火板之中心硬度。 淸淨度之測量： 一 SPCC板（60毫米（長度）Χ80毫米（寬度）χ1·2毫米（厚 度）之冷軋鋼板）係浸入各範例或比較用範例中所使用之淬火 油，然後取出及就此放置達1天以移去該油。其次，該板 係以質量百分比6之鹼性淸潔劑在攝氏70度與每分鐘300 轉之速度下淸洗達15分鐘之久。 比較用範例1 : 嘗試與範例1相同之淬火測試，然而，其中對該淬火 池表面之壓力係98千巴（大氣壓力）。在表1中給予該測試 資料。 範例2 : 嘗試與範例1相同之淬火測試，然而，其中所使用之 淬火油係在攝氏1 00度下具有每秒約3 1. 5平方公分之運動 黏度之石蠟基原油。在表1中給予該測試資料。 (請先閲讀背面之注意事 #1 項再填· 裝-- :寫本頁) 、1Τ 4 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） 1286575 A7 R7 五、發明説明（9 ) 表1 範例1 比較用範例1 範例2 真圓度（微米） 42 1 15 30 硬度（HRA) 80 8 1 80 在淸洗之前已黏著至該板之 油量（毫克） 66.0 66.2 91.3 在淸洗之後仍黏著至該板之 油量（毫克） 26.6 26.8 42.0 ------j--^ 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 範例3 : 使用一已藉著於水中溶解質量百分比20之Dn.塑膠淬 火FQ(由Idemitsu Kosan公司所製）製備之水溶性淬火液體 ，在下文所論及之條件下進行一淬火測試。如此處理物件 之物理性質係根據下文所論及之方法作測量。在下面表2 中給予該測試資料。 淬火測試： 試片形狀：測試SUJ2之圓柱形軸承環，其具有80毫 米之外徑、17毫米之高度、及5毫米之厚度。 淬火條件：該試片係在攝氏850度下均勻地加熱達1 小時之久，且然後在攝氏40度下於該淬火油中作處理。 對該淬火池表面之壓力：343千巴（增壓）。 淬火變形之測量： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐）

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 0 H-IL. · -13- 1286575 Α7 ____ Β7 _ 五、發明説明（1〇 ) 橢圓變形：在如上面所述淬火之後，以一真圓度儀測 量每一環之外徑，及獲得如此測量之最大値及最小値間之 差値。假如在該水溶性之淬火液體中有不均勻之冷卻，該 環之橢圓變形增加。 硬度之測量： 根據Π S Ζ 2 2 4 5之R 〇 c k w e 11 (駱式）硬度測試方法測量 每一*環之中心硬度。 比較用範例2 : 嘗試與範例3相同之淬火測試，然而，其中對該淬火 池表面之壓力係98千巴（大氣壓力）。在表2中給予該測試 資料。 (請先閲讀背面之注意事 •I 項再填· 裝-- :寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表2 範例3 比較用範例2 橢圓變形（微米） 100 125 硬度（HRA) 64.5 65.0 如上文參考其具體實施例所詳細敘述者，本發明之淬 火方法給與具有極小變形及具有高硬度之淬火物件。 -.¾ 令肌取人厌遇用丫围罔豕释华（j A4現格（210X297公釐） 14-

Claims (1)

1286575 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1. 一種使用冷卻劑之萍火方法，其中該淬火池之表面 係遍及欲在其中處理物件之冷卻步驟期間，始終保持在壓 力之下。 2·如申請專利範圍第1項之淬火方法，其中該冷卻胃 係一種在攝氏100度下至多具有每秒約20平方公分之運動 黏度之淬火油。 3 .如申請專利範圍第1項之淬火方法，其中該冷卻劑 係一種水溶性淬火液體。 4.如申請專利範圍第1項之淬火方法，其在攪拌該冷 卻劑時進行之。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）