JPS6025491B2

JPS6025491B2 - 高炭素合金鋼用水溶性焼入冷却剤

Info

Publication number: JPS6025491B2
Application number: JP7857976A
Authority: JP
Inventors: 修加藤; 全之対馬
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1976-07-01
Publication date: 1985-06-18
Also published as: JPS533911A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、鉄鋼特に、高炭素合金鋼を焼入れする際に
用いる水港性焼入冷却剤に関するものである。

従来、金属の競入冷却剤としては油及びソルトが用いら
れてきたが熱処理作業環境を浄化すると共に危険物とし
ての法的規制からも不燃性であり省資源かつ安価な水を
ベースとした水潟性冷却剤が開発されているが、一方で
更に希望する暁入硬度を得る為に必要な高温部での急冷
が得られ、高炭素合金鋼の場合、特に問題となる焼割れ
、亀裂敏感性に影響を及ぼすＭｓ点付近からの冷却速度
を油に比べて同程度の徐冷が出釆るような水落性冷却剤
の開発が要望されている。

この発明は、上記要望を満たす目的で開発された冷却剤
で、焼入加熱温度からＭｓ点以下まで油と同程度の冷却
速度を有する高炭素合金鋼用水溶性焼入冷却剤と提供せ
んとするものである。

一般にポリビニルアルコールは０．５％〜１．０％の範
囲で３５０ご○以下の温度において水に不溶の熱硬化性
樹脂の皮膜が出来ると言われているが、その皮膜は不安
定であり、かつ油以上の熱伝導性を有する為に、３５０
ｑｏ以下においても、ほとんど水と同程度の冷却速度し
か示さない欠点がある。そこでこの発明は、高温部で油
と同程度の急冷度を減じる事なく、３５０ｑＣ以下にお
いても、より安定な皮膜を形成する添加剤に注目し、油
と同等の徐袷能力を有する水溶性暁入剤を完成した。即
ち、０．５〜１．５ｗｔ％のポリビニルアルコール水溶
液に平均重合度７５００以下のポリアクリル酸ソーダ０
．５〜２．肌ｔ％を添加した水溶液を用いることにより
嘘入加熱温度からＭｓ点以下まで油と同程度の冷却速度
をもつ水溶性冷却剤を開発し、油に代えて使用し得るよ
うにしたものである。以下、この発明の構成を第１図乃
至第４図によりさらに詳細に説明する。

第１図はこの発明による冷却剤及び従来の冷却剤を用い
て暁入冷却を行った時の製品の冷却曲線を示す。

上記第１図は、暁入冷却の対象製品としてＳＵＪ−３材
を使用した軸受用コロ（３５０×３５〆）を８５０℃×
４び分加熱後、種々の静止水溶性冷却剤中で冷却して測
定したもので、温度測定は対象製品の表面から約５肋の
深さにアルメルークロメル熱電対を埋め込んで行ったも
のである。

上記第１図で水道水によるときは、高温部から低温部ま
で、冷却速度が焼入油よりも非常に大きく、Ｍｓ点付近
からの冷却速度が過大であるために亀裂敏感値も第４図
に示すように大きな値となつている。

尚、亀裂敏感値とは、試料にある方法で亀裂を生成させ
た時の長さをいう。

亀裂を生成させる方法は、例えば、ｍ熱被労による方
法【２｝超硬鋼球で圧痕を作る方法 ‘３｝ピッカース硬度計で圧痕をつける方法がある。

上記‘１｝の方法は、軸受用コロの亀裂敏感値測定に用
いられ、コロ外径に高周波コイルで加熱冷却を繰り返す
と、コロ外径面にコロの鞄線方向に沿う方向へ亀裂が発
生し、この亀裂の長さを亀裂敏感値と呼ぶ。但し、高周
波コイル寸法とコロ寸法との関係が変わると亀裂の長さ
も変わるため、同一亀裂敏感性をもつコロでは亀裂長さ
１は、加熱部の幅Ｗの２乗に比例するとして亀裂敏感値
Ｓをｓ：市柳．・・．・・．・・。）と定義する
。

この‘１ー式は、高周波コイルによる加熱幅の２案が１
助成こなるように高周波加熱を繰り返した時に発生する
亀裂の長さが亀裂敏感値になることを表している。前記
■の方法は、鋼球の亀裂敏感値測定に用いられるもので
、超硬ボールとＳＵＪ２ボールを一定荷重で押しつけ、
圧痕をつけ、ＳＵＪ２ボールを塩酸水溶液に入れると、
庄痕の周りに放射状に亀裂が発生し、最大の亀裂の長さ
を亀裂敏感値Ｌｍａｘと呼んでいる。

前記｛３｝の方法は、正四角錐状のビッカース圧子を大
荷重で試料に押し付けると、正四角錐状の凹入圧痕の角
部から周囲に亀裂が発生し、発生した亀裂の長さを亀裂
敏感値と定義される。

また、第１図で１％ポリビニルアルコール水溶液の場合
も、焼入油よりも水道水の方に近い冷却速度を示し、亀
裂敏感値も第４図に示す様に水道水に近く、また、市販
水溶性冷却剤の場合、高温部では健入油より冷却速度が
遅く、低温部では暁入油よりも冷却速度が早くなるため
、亀裂敏感値が高くなっている。

第３図は、油焼入品とこの発明の冷却剤による焼入れ品
との熱処理残留応力分布を示し、この発明の冷却剤によ
る膝入品が油焼入品と同程度の値を示すことを表してい
る。

第２図は、ポリビニルアルコール及びポリアクリル酸ソ
ーダの濃度を種々変化させた時の冷却曲線を示し、曲線
Ａは、ポリビニルアルコール２．肌ｔ％とポリァクリル
酸ソーダ２．５ｗｔ％との水溶液の場合、曲線Ｂは、ポ
リビニルアルコール１．５ｗｔ％とポリアクリル酸ソー
ダ２．５ｗｔ％との水溶液の場合、曲線Ｃは、ポリビニ
ルアルコール１．７ｗｔ％とボリアクリル酸ソーダ０．
５ｗｔ％との水溶液の場合、曲線Ｄは、ポリビニルアル
コール０．３ｗｔ％とポリァクリル酸ソーダ１．肌ｔ％
との水溶液の場合、曲線Ｅは、ポリビニルアルコール１
．５ｗｔ％とポリアクリル酸ソーダ０３ｗｔ％との水溶
液の場合、曲線Ｆは、ボリビニルアルコ−ル０．３ｗｔ
％とポリァクリル酸ソーダ０．榊ｔ％との水溶液の場合
を示し、いずれも本発明の濃度範囲外の場合では、暁入
油の冷却曲線Ｇから大きくずれていることが判る。

即ち、曲線Ａは、ポリビニルアルコールとポリアクリル
酸ソーダとの濃度が本発明の濃度範囲の上限を越えてい
る場合であり、曲線Ｂはポリビニルアルコールの濃度が
本発明の濃度範囲にあっても、ポリアクリル酸ソーダの
濃度が本発明の濃度範囲を越えている場合であって、Ａ
、Ｂとも低温部での冷却速度が焼入油の場合よりも遅く
なことを示している。

また、曲線Ｃはポリァクリル酸ソーダの濃度が適当でも
、ポリビニルアルコールの濃度が高くなると高温部の冷
却速度が始め遅いが、途中から低温部にかけて冷却速度
が大となる。曲線Ｄはポリアクリル酸ソーダの濃度が適
当でも、ポリビニルアルコールの濃度が低いと、低温部
での冷却速度が大となり、また、曲線Ｅはポリビニルア
ルコ−ルの濃度が適当でも、ポリアクリル酸ソーダの濃
度が低い場合は、低温部での冷却速度が大となり、さら
に、曲線Ｆはポリビニルアルコール及びポリアクリル酸
ソーダの濃度がともに低い場合は、低温部での冷却速度
が大となることを示している。以上のことから、総合し
て最適濃度範囲は、ポリビニルアルコールが０．５〜１
．５ｗｔ％、ポリアクリ ′ル酸ソーダが０．５〜２．
肌ｔ％であることが判明したものである。

尚、ポリアクリル酸ソーダの平均重合度は、一般に、重
合度が高いと蒸気膜段階が長くなり、高温部の冷却速度
が遅くなるのであって、平均重合度が７５００以下が適
当である。

以上説明したように、この発明は、ポリビニルアルコー
ルと平均重合度７５００以下のポリアクリル酸ソーダと
を、前者が０．５〜１．５Ｍ％、後者が０．５〜２．肌
ｔ％の割合で水に添加した水溶液からなる高炭素合金鋼
用水落性焼入冷却剤に係り、この範囲以外の濃度では冷
却特性が極端に変化し、この範囲の配合においてのみ安
定した好ましい冷却曲線が得られる。

又、油焼入品と比較して品質上においてもほぼ等しい品
質が得られる。更に本液は液濃度が比較的低い為に付着
による製品特出量が少なく、濃度管理も屈折計などによ
り簡単に、正確に行なう事が可能である。さらに水溶性
冷却剤の使用に際して抱く懸念の一つに液の腐敗がある
が、本液の場合、好気性菌、及び嫌気性菌に対しても腐
敗の問題は生じず、ＣＯＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｃｉ
ｄａｎｔｄｅｍａｎｄ）も極めて低く低コストである。
即ち、従来の油及びソルトによる熱処理方法と比較して
熱処理作業環境を浄化すると共に不燃性であり省資源か
つ安価な水をベースとした水熔性冷却剤による高炭素合
金鋼の熱処理を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による製品及び従釆の冷却剤を用いて
焼入れ冷却を行なった時の製品の冷却曲線を示す図面、
第２図はポＩＪビニルアルコール・ポリアクリル酸ソー
ダの濃度を変化させた時の冷却曲線を示す図面、第３図
は糠入油及びこの発明による製品で競入れした製品の熱
処理残留応力分布を示す図である。尚、第４図は各冷却曲線から求めて冷却速度及び焼入硬
度特殊な方法で測定したきれつ敏感値Ｓを示す。第３図図舷第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

１ポリビニルアルコールと平均重合度７５００以下の
ポリアクリル酸ソーダとを、前者が０．５〜１．５ｗｔ
％、後者が０．５〜２．０ｗｔ％の割合で水に添加した
水溶液からなる高炭素合金鋼用水溶性焼入冷却剤。