JPH09227932A - 水溶性焼入れ液 - Google Patents
水溶性焼入れ液Info
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- JPH09227932A JPH09227932A JP8033264A JP3326496A JPH09227932A JP H09227932 A JPH09227932 A JP H09227932A JP 8033264 A JP8033264 A JP 8033264A JP 3326496 A JP3326496 A JP 3326496A JP H09227932 A JPH09227932 A JP H09227932A
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Abstract
に優れ、かつ寿命が長く、金属の焼入れ処理に好適に用
いられる水溶性焼入れ液を提供すること。 【解決手段】 (A)重量平均分子量10,000〜10
0,000のポリアルキレングリコール及び/又はその誘
導体と、(B)重量平均分子量1,000以下のグリコー
ルエーテルと、場合により、(C)重量平均分子量1,0
00以下のアルキレングリコール、(D)カルボン酸ア
ルカリ金属塩、(E)重量平均分子量1,000以下の有
機アミン化合物を含有する水溶性焼入れ液である。
Description
関し、さらに詳しくは、金属の焼入れ処理に使用される
焼割れ防止性,焼入れ性,焼ムラ防止性に優れ、かつ長
寿命の水溶性焼入れ液に関するものである。
は、水系(水溶液系),エマルション系及び油系に大別
される。これらの中で水系の焼入れ液は冷却能が大き
く、かつ公害や火災の危険性が少ないなどの利点を有し
ているが、その反面、処理体の割れ、いわゆる焼割れが
発生しやすいという欠点を有している。これは、水は熱
容量が大きい上、粘度が低くて対流を起こしやすいた
め、処理物が極めて短時間に熱を奪われ、急激に冷却さ
れるからである。そこで、このような欠点を改良するた
めに、例えば水系の焼入れ液に種々の水溶性ポリマーを
配合することが試みられている。水溶性ポリマーを配合
すると、粘度が高くなって対流が抑制され、その結果焼
割れを防止することができる。水溶性ポリマーとして
は、例えばポリエチレングリコール,ポリプロピレング
リコール,ポリエチレングリコールとポリプロピレング
リコールの重量比が75:25のランダム共重合体等の
ポリオキシアルキレンや、オレフィンと無水マレイン酸
との共重合体の塩などが用いられている。また特開平4
−180515号公報には、そのような水溶性ポリマー
としてポリオキシアルキレン誘導体とマレイン酸類との
共重合体が開示されている。
は、焼割れ防止についてはある程度改良されているもの
の、処理物の表面状態や焼入れ液の流動状態等に起因す
る冷却ムラが生じやすく、その結果、団体焼入れやスケ
ールがランダムに形成された処理物では焼ムラが発生す
るという好ましくない事態を招来する。また、高温の処
理物と接触すると分解や変質を起こしやすく、良好な焼
割れ防止効果を長期間にわたって維持することは困難で
あるという問題も有していた。一方、特公昭57−39
294号公報には、水系の焼入れ液にラウリル脂肪酸類
を配合することによって焼割れを防止する方法が記載さ
れている。また特開昭57−85923号公報には、水
系の焼入れ液に水溶性有機酸,水溶性有機アミン及び水
溶性ポリアルキレングリコールを配合することによって
処理体表面の清浄性を向上させる方法が記載されてい
る。更に特公平3−12129号公報には、水系の焼入
れ液に水溶性ポリアルキレングリコール,カルボン酸,
アミン及び銅キレート剤を配合することによって焼入れ
用装置の腐食を防止する方法が記載されている。しかし
ながら、これらの方法は、いずれも焼割れ防止性,焼入
れ性,焼ムラ防止性,寿命などのすべてを充分に満足し
うるものではなかった。
従来の水系の焼入れ液がもつ欠点を克服し、焼割れ防止
性,焼入れ性及び焼ムラ防止性に優れる水溶性焼入れ
液、あるいはこれらの性能に加え、特に寿命の長い水溶
性焼入れ液を提供することを目的とするものである。
ましい性能を有する水溶性焼入れ液を開発すべく鋭意研
究を重ねた結果、必須成分として特定の分子量のポリア
ルキレングリコール及び/又はその誘導体とグリコール
エーテルとを含有し、場合により特定の分子量のアルキ
レングリコールやカルボン酸アルカリ金属塩などを含有
する水溶性焼入れ液が、焼割れ防止性,焼入れ性及び焼
ムラ防止性に優れ、更に、劣化防止性に優れる(寿命が
長い)ことを見出した。本発明は、かかる知見に基づい
て完成したものである。
のポリアルキレングリコール及び/又はその誘導体と、
(B)重量平均分子量1,000以下のグリコールエーテ
ルとを含有することを特徴とする水溶性焼入れ液、 (2)上記(A)成分と、(B)成分と、(C)重量平
均分子量1,000以下のアルキレングリコールとを含有
することを特徴とする水溶性焼入れ液、 (3)上記(A)成分と、(B)成分と、(D)カルボ
ン酸アルカリ金属塩とを含有することを特徴とする水溶
性焼入れ液、並びに (4)上記(A)成分と、(B)成分と、(C)成分
と、(D)成分とを含有することを特徴とする水溶性焼
入れ液、を提供するものである。
成分として、(A)重量平均分子量10,000〜100,
000のポリアルキレングリコール及び/又はその誘導
体と(B)重量平均分子量1,000以下のグリコールエ
ーテルとを含有し、所望により、(C)成分として重量
平均分子量1,000以下のアルキレングリコール、
(D)成分としてカルボン酸アルカリ金属塩、更には必
要に応じ(E)重量平均分子量1,000以下の有機アミ
ン化合物を含有するものである。本発明の水溶性焼入れ
液における必須成分の一つである(A)成分のポリアル
キレングリコールやその誘導体としては、重量平均分子
量が10,000〜100,000の範囲にあるものが用い
られる。重量平均分子量が上記範囲を逸脱するもので
は、焼割れ防止性に優れる水溶性焼入れ液が得られにく
い。焼割れ防止性の面から、該ポリアルキレングリコー
ルやその誘導体の好ましい重量平均分子量は20,000
〜100,000の範囲である。なお、この重量平均分子
量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GP
C)法によるポリスチレン換算値である。
体としては、繰り返し単位として、オキシアルキレン単
位を有し、その両末端が水酸基及び/又は該水酸基の水
素原子か炭化水素基などの適当な置換基で置換されたも
のであって、重量平均分子量が10,000〜100,00
0の範囲にあり、かつ水溶性であればよく、特に制限は
ない。このようなものとしては、例えば一般式(I)
できる。上記一般式(I)において、Rは水素原子又は
脂肪族若しくは芳香族ヒドロキシ化合物から水酸基を除
いた残基、R1 は水素原子又は炭素数1〜10のアルキ
ル基若しくはアシル基、aは1〜6の整数、bは0〜5
の整数を示し、aとbの合計は1〜6の整数であるが、
Rが水素原子の場合、aは1、bは0である。A1 は炭
素数2〜4のアルキレン基を示し、直鎖状,分岐状のい
ずれであってよい。nは該化合物の重量平均分子量が1
0,000〜100,000の範囲となる数である。また、
−〔(OA1 )n−OR1 〕が複数ある場合、各−
〔(OA1 )n −OR1 〕は同一であってもよく、異な
っていてもよい。さらに各オキシアルキレン単位−(O
A1 )は同一であってもよく、異なっていてもよい。こ
のオキシアルキレン単位が異なる場合は共重合体となる
が、この場合ランダム,ブロック共重合体のいずれであ
ってもよい。なお、bが1〜5の場合、遊離の水酸基が
存在するが、この水酸基の一部又は全部の水素原子が、
場合により適当な置換基、例えば炭素数1〜10のアル
キル基又はアシル基などで置換されていてもよい。
の誘導体の好ましいものの例としては、エチレンオキシ
ド重合体;プロピレンオキシド重合体;ブチレンオキシ
ド重合体;エチレンオキシド,プロピレンオキシド及び
ブチレンオキシドの中から選ばれた二種以上のアルキレ
ンオキシドの共重合体;水酸基1〜6個を有する脂肪族
若しくは芳香族ヒドロキシ化合物の水酸基の少なくとも
一つに、エチレンオキシド,プロピレンオキシド及びブ
チレンオキシドの中から選ばれたアルキレンオキシドの
一種又は二種以上を付加させたもの;さらにはこの付加
物の末端水酸基の水素原子を炭素数1〜10のアルキル
基又はアシル基などの適当な置換基で置換したものなど
を挙げることができる。
えば、メチルアルコール,エチルアルコール,n−プロ
ピルアルコール,イソプロピルアルコール,n−ブチル
アルコール,イソブチルアルコール,sec−ブチルア
ルコール,tert−ブチルアルコール,ヘキシルアル
コール,シクロヘキシルアルコール,2−エチルヘキサ
ノールなどの一価アルコール、エチレングリコール,プ
ロピレングリコール,トリメチレングリコール,ブタン
ジオール,ネオペンチルグリコール,ヘキサンジオー
ル,オクタンジオール,シクロヘキサンジオール,シク
ロヘキサンジメタノール,グリセロール,トリメチロー
ルエタン,トリメチロールプロパン,ペンタエリスリト
ール,ソルビトール,マンニトール,ジペンタエリスリ
トールなどの多価アルコールが挙げられる。
例えばフェノール,クレゾール,キシレノール,エチル
フェノールなどの一価フェノール、ピロカテコール,レ
ゾルシノール,ヒドロキノン,ジヒドロキシトルエン,
フロログルシノールなどの多価フェノール、さらにはベ
ンジルアルコール,フェネチルアルコールなどのアリー
ルアルカノールなどが挙げられる。なお、脂肪族若しく
は芳香族多価ヒドロキシ化合物にアルキレンオキシドを
付加させる場合、すべての水酸基に付加させてもよく、
また水酸基の一部に付加させてもよい。水酸基の一部に
付加させる場合、残存水酸基の水素原子の一部又はすべ
てを適当な置換基、例えば炭素数1〜10のアルキル基
又はアシル基などで置換してもよい。
(A)成分のポリアルキレングリコールやその誘導体は
一種用いてもよく、また二種以上を組み合わせて用いて
もよい。本発明の水溶性焼入れ液において、もう一つの
必須成分として用いられる(B)成分のグリコールエー
テルは、重量平均分子量が1,000以下、好ましくは5
00以下のものである。このグリコ−ルエーテルは、主
に焼入れ性を向上させ、かつ冷却ムラを少なくし、焼ム
ラを防止するために用いられるものである。このグリコ
ールエーテルの重量平均分子量が1,000を超えると上
記効果が充分に発揮されない。このグリコールエーテル
としては、例えば一般式(II) R2 −(OA2 )m −OR3 ・・・(II) で表される重量平均分子量1,000以下の化合物を好ま
しく挙げることができる。上記一般式(II)において、
R2 及びR3 は、それぞれ水素原子(但し、R2とR3
は同時に水素原子となることはない)又は炭素数1〜1
5の炭化水素基を示し、それらはたがいに同一であって
もよく、異なっていてもよい。A2 は炭素数2〜6のア
ルキレン基を示し、直鎖状,分岐状のいずれであっても
よい。mは1以上で、かつ該化合物の重量平均分子量が
1,000を超えないような数である。オキシアルキレン
単位(OA2 )が複数ある場合、各オキシアルキレン単
位は同一であってもよく、異なっていてもよい。
1〜15の炭化水素基は直鎖状,分岐状,環状のいずれ
であってもよく、このようなものとしては、例えばメチ
ル基,エチル基,n−プロピル基,イソプロピル基,n
−ブチル基,イソブチル基,sec−ブチル基,ter
t−ブチル基,各種ペンチル基,各種ヘキシル基,シク
ロヘキシル基,各種オクチル基,各種デシル基,各種ド
デシル基,各種シクロアルキル基,各種アルケニル基,
各種アリル基,各種アラルキル基などが挙げられる。こ
のグリコールエーテルは、例えばエチレンオキシド,プ
ロピレンオキシド,ブチレンオキシドをそれぞれ単独で
重合させることにより、あるいはその二種以上を共重合
させることにより製造することができる。また、炭素数
1〜15の一価アルコールにエチレンオキシド,プロピ
レンオキシド,ブチレンオキシドの少なくとも一種を付
加させたのち、必要に応じ末端水酸基の水素原子を炭素
数1〜15の炭化水素基で置換することにより製造する
ことができる。
例としては、エチレングリコールモノブチルエーテル,
ジエチレングリコールモノブチルエーテル,トリエチレ
ングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル,プロピ
レングリコールモノブチルエーテル,エチレングリコー
ルモノフェニルエーテル,プロピレングリコールモノフ
ェニルエーテル,エチレングリコールモノアリールエー
テル,ジエチレングリコールジエチルエーテルなどを挙
げることができる。
(B)成分のグリコールエーテルは一種用いてもよく、
二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、前記
(A)成分とこの(B)成分の含有割合は、通常重量比
2:1ないし200:1の範囲で選ばれる。この含有割
合が上記範囲を逸脱すると焼割れ防止性,焼入れ性及び
冷却ムラ防止性(焼ムラ防止性)が充分に発揮されな
い。これらの性能を充分に発揮させるには、(A)成分
と(B)成分の含有割合は、重量比で3:1ないし10
0:1の範囲が好ましく、特に4:1ないし20:1の
範囲が好適である。本発明の水溶性焼入れ液において
は、焼入れ性及び冷却ムラ防止性(焼ムラ防止性)をさ
らに向上させるために、所望により、(C)成分として
アルキレングリコールを含有させることができる。上記
(C)成分のアルキレングリコールは、重量平均分子量
1,000以下、好ましくは500以下のものが用いられ
る。この重量平均分子量が1,000を超えるものでは、
焼入れ性及び冷却ムラ防止性の向上効果が充分に発揮さ
れない。
ば一般式(III) H−(OA3 )k −OH ・・・(III) で表される化合物を挙げることができる。上記一般式
(III)において、A3 は炭素数2〜6のアルキレン基を
示し、直鎖状,分岐状,環状のいずれであってもよい。
また、kは1以上で、かつ該化合物の重量平均分子量が
1,000を超えないような数である。2個の水酸基の結
合位置については特に制限はない。このようなアルキレ
ングリコールの例としては、エチレングリコール;ジエ
チレングリコール;トリエチレングリコール;ポリエチ
レングリコール(重量平均分子量1,000以下);プロ
ピレングリコール;ジプロピレングリコール;トリプロ
ピレングリコール;ポリプロピレングリコール(重量平
均分子量1,000以下);トリメチレングリコール;
1,2−ブタンジオール;1,3−ブタンジオール;
1,4−ブタンジオール;1,5−ペンタンジオール;
ネオペンチルグリコール;1,6−ヘキサンジオール;
1,4−シクロヘキサンジオールなどが挙げられる。こ
れらのアルキレングリコールは単独で用いてもよく、二
種以上を組み合わせて用いてもよい。
分と(B)成分との合計量100重量部に対し、通常0.
5〜50重量部の範囲で選ばれる。この量が上記範囲を
逸脱すると焼入れ性及び冷却ムラ防止性の向上効果が充
分に発揮されない。効果の点から、この(C)成分の含
有量は、(A)成分と(B)成分との合計量100重量
部に対し、2〜35重量部の範囲が好ましく、特に3〜
25重量部の範囲が好適である。本発明の水溶性焼入れ
液においては、劣化を防止し、長期間にわたって良好な
焼割れ防止性,焼入れ性及び冷却ムラ防止性(焼ムラ防
止性)などの性能を維持するために、更に所望により
(D)成分としてカルボン酸アルカリ金属塩を含有させ
ることができる。
いては特に制限はなく、各種の脂肪族カルボン酸や芳香
族カルボン酸のアルカリ金属塩を用いることができる。
脂肪族カルボン酸としては、通常、炭素数3〜36、好
ましくは6〜20の脂肪族ジカルボン酸が用いられる。
具体的には、マロン酸;アジピン酸;セバシン酸;アゼ
ライン酸;エイコサン二酸;4−メチルノナン−1,9
−ジカルボン酸;ダイマー酸;1,2−ヘキサンジカル
ボン酸;1,3−オクタンジカルボン酸;4,5−デカ
ンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中では、炭化
水素鎖の2つの末端にそれぞれカルボン酸が結合してい
る脂肪族ジカルボン酸が好ましい。芳香族カルボン酸と
しては、通常、炭素数7〜36、好ましくは7〜20の
芳香族カルボン酸が用いられる。具体的には、安息香
酸;4−エチル安息香酸;フタル酸;イソフタル酸;サ
リチル酸等が挙げられる。また芳香族カルボン酸には、
芳香環の側鎖にのみカルボキシル基が結合している化合
物も含まれる。具体的には、例えば、フェノキシ酢酸;
ノニルフェノキシ酢酸等が挙げられる。これらの中で
は、芳香環の側鎖にのみカルボキシル基が結合している
化合物が好ましい。
ウム,ナトリウム,カリウム,セシウムなどが挙げられ
るが、これらの中で、経済性などの面から、特にナトリ
ウム及びカリウムが好適である。本発明の水溶性焼入れ
液においては、この(D)成分のカルボン酸アルカリ金
属塩は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用い
てもよい。また、その含有量は、前記(A)成分と
(B)成分との合計量100重量部に対し、通常0.5〜
25重量部の範囲で選ばれる。この量が0.5重量部未満
では劣化防止効果が充分に発揮されず、また25重量部
を超えるとその量の割には効果の向上がみられず、むし
ろ他の性能が損なわれるおそれがある。劣化防止効果及
び他の性能などの面から、この(D)成分の好ましい含
有量は、(A)成分と(B)成分との合計量100重量
部に対し、0.5〜15重量部の範囲であり、特に1〜9
重量部の範囲が好適である。
に応じて(E)成分として有機アミン化合物を含有させ
ることができる。上記(E)成分の有機アミン化合物
は、重量平均分子量1,000以下、好ましくは500以
下のものが用いられる。この重量平均分子量が1,000
を超えるものでは焼入れ性及び冷却ムラ防止性の向上効
果が充分に発揮されない。この有機アミン化合物として
は、通常、炭素数4〜14、好ましくは6〜12のシク
ロアルキルアミン、炭素数1〜12、好ましくは2〜9
のアルカノールアミン及び炭素数4〜24、好ましくは
4〜8のピペラジン誘導体及び炭素数4〜34、好まし
くは4〜16のモルホリン誘導体等が用いられる。
アミンの具体例としては、例えば、モノシクロヘキシル
アミン,ジシクロヘキシルアミン,モノ(2−メチル−
シクロペンチル)アミン等が挙げられる。炭素数1〜1
2のアルカノールアミンの具体例としては、例えば、モ
ノエタノールアミン,ジエタノールアミン,トリエタノ
ールアミン,モノメタノール−ジエタノールアミン,ト
リイソプロパノールアミン等が挙げられる。炭素数4〜
24のピペラジン誘導体の具体例としては、例えば、ピ
ペラジン,メチルピペラジン,tert−ブチルピペラ
ジン,N−メチルピペラジン等が挙げられる。ピペラジ
ン誘導体には、ヒドロキシル基を含有する化合物も含ま
れる。そのような化合物の具体例としては、例えば、ヒ
ドロキシピペラジン,N−ヒドロキシピペラジン,モノ
ヒドロキシ−モノエチルピペラジン,モノヒドロキシ−
ジエチルピペラジン,ジヒドロキシ−モノエチルピペラ
ジン,ヒドロキシ−N−メチルピペラジン,N−ヒドロ
キシ−プロピルピペラジン等が挙げられる。炭素数4〜
34のモルホリン誘導体の具体例としては、例えば、モ
ルホリン,エチルモルホリン,tert−ブチルモルホ
リン,ジメチルモルホリン,N−メチルモルホリン等が
挙げられる。これらの中では、炭素数2〜9のアルカノ
ールアミン及び炭素数4〜8のヒドロキシル基を含有す
るピペラジン誘導体が好ましく、ジエタノールアミン及
びモノヒドロキシ−モノエチルピペラジンが特に好まし
い。
のみを単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよ
い。この(E)成分の含有量は、前記(A)成分と
(B)成分との合計量100重量部に対し、通常0.5〜
50重量部の範囲で選ばれる。この量が上記範囲を逸脱
すると焼入れ性及び冷却ムラ防止性の向上効果が充分に
発揮されない。効果の点から、この(E)成分の含有量
は、(A)成分と(B)成分との合計量100重量部に
対し0.5〜15重量部の範囲が好適である。
(A)成分と(B)成分を含有すれば、本発明の効果を
有効に奏することが可能であるが、好ましくは、これに
更に(C)成分と(E)成分を含有することにより、更
に優れた効果を奏することができる。本発明の水溶性焼
入れ液における水の含有量については特に制限はなく、
広い範囲で選択することができる。すなわち、本発明の
水溶性焼入れ液は、保存や運搬などの便宜を図るために
調製されるいわゆる原液であってもよく、また金属の焼
入れ処理の際に使用される焼入れ用水溶液であってもよ
い。したがって、水の含有量は、通常10〜98重量%
の範囲で選ばれ、そして、原液の場合は、通常10〜6
0重量%、焼入れ用水溶液の場合は、通常、30〜98
重量%の範囲である。
的が損なわれない範囲で、所望により、従来水溶性焼入
れ液に慣用されている他の添加剤、例えば、ベンゾトリ
アゾール,トリルトリアゾールなどの腐食防止剤、防錆
剤、銅不活性化剤、酸化防止剤、シリコーン系消泡剤、
着色剤などを適宜含有させることができる。本発明の水
溶性焼入れ液は、必須成分である(A)成分及び(B)
成分と、所望成分である(C)成分,(D)成分,
(E)成分及び各種添加剤と、所要量の水とを均質に混
合することにより調製することができる。この際、混合
順序については特に制限はない。
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。 実施例1〜3及び比較例1,2 第1表に示すような配合割合(重量%)で、焼入れ原液
を調製した。得られた焼入れ原液の各々について、下記
の方法によりその20%希釈液の耐冷却ムラ特性を調
べ、冷却性能を評価した。結果を第1表に示す。評価方法 JIS−K−2242の冷却性能測定方法に準拠して評
価した。すなわち、800℃から150℃迄冷却する場
合に、液温40℃の静止状態での冷却時間を基準とし
て、攪拌流速10cm/秒で測定した時の冷却時間との
変化量(秒)で耐冷却ムラ特性を評価した。この値の絶
対値が小さい程冷却性能の変動が小さく、焼入れ時にお
ける処理物の各部分の冷却ムラが起こりにくいことを示
している。
性,焼入れ性,焼ムラ防止性に優れる上、劣化しにくく
長寿命であり、しかも公害や火災の危険性が少ないなど
の優れた特徴を有し、工業的価値の高いものである。
Claims (8)
- 【請求項1】 (A)重量平均分子量10,000〜10
0,000のポリアルキレングリコール及び/又はその誘
導体と、(B)重量平均分子量1,000以下のグリコー
ルエーテルとを含有することを特徴とする水溶性焼入れ
液。 - 【請求項2】 更に、(C)重量平均分子量1,000以
下のアルキレングリコールを含有することを特徴とする
請求項1記載の水溶性焼入れ液。 - 【請求項3】 更に、(D)カルボン酸アルカリ金属塩
を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の水
溶性焼入れ液。 - 【請求項4】 更に、(E)重量平均分子量1,000以
下の有機アミン化合物を含有することを特徴とする請求
項1〜3のいずれかに記載の水溶性焼入れ液。 - 【請求項5】 (A)成分と(B)成分との含有割合
が、重量比で2:1ないし200:1である請求項1〜
4のいずれかに記載の水溶性焼入れ液。 - 【請求項6】 (C)成分の含有量が、(A)成分と
(B)成分との合計量100重量部に対して、0.5〜5
0重量部である請求項2〜4のいずれかに記載の水溶性
焼入れ液。 - 【請求項7】 (D)成分の含有量が、(A)成分と
(B)成分との合計量100重量部に対して、0.5〜2
5重量部である請求項3〜6のいずれかに記載の水溶性
焼入れ液。 - 【請求項8】 水の含有量が10〜98重量%である請
求項1〜7のいずれかに記載の水溶性焼入れ液。
Priority Applications (3)
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