KR20080023316A

KR20080023316A - 열처리유 조성물

Info

Publication number: KR20080023316A
Application number: KR1020077030533A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 고베쇼; 가쯔미 이찌따니; 마꼬또 다께이시; 야스유끼 후지와라; 요시미 아오야마
Original assignee: 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-03-13
Also published as: TWI411676B; CN101213313B; PL1897960T3; EP1897960A4; US20090056834A1; EP1897960A1; JP2007009238A; CN101213313A; JP4691405B2; EP1897960B1; WO2007000976A1; US7993473B2; TW200720423A; KR101259208B1; MY139507A; CA2605244A1

Abstract

본 발명의 열처리유 조성물은 5％ 유출 온도가 300℃ 이상 400℃ 이하인 저비점 기재유 5 질량％ 이상 50 질량％ 미만과, 5％ 유출 온도가 500℃ 이상인 고비점 기재유 50 질량％ 초과 95 질량％ 이하로 이루어지는 혼합 기재유를 포함하는 것을 특징으로 한다. 금속 재료의 담금질에 있어서, 동시에 대량의 처리물을 담금질했을 때에 경도나 담금질 변형의 편차가 잘 생기지 않는 담금질유 조성물이다.

열처리유 조성물, 담금질유, 저비점 기재유, 고비점 기재유

Description

열처리유 조성물{HEAT TREATMENT OIL COMPOSITION}

본 발명은 열처리유 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속 재료의 담금질(quenching)에 있어서, 동시에 대량의 처리물을 담금질했을 때에 경도나 담금질 변형의 편차가 잘 생기지 않는 열처리유 조성물에 관한 것이다.

강재 등의 금속 재료에 있어서는 그의 성질을 개선할 목적으로 담금질, 템퍼링(tempering), 어닐링(annealing), 노말라이징(normalizing) 등의 열 처리가 실시된다. 이 열 처리 중에서 담금질은, 예를 들면 오스테나이트(austenite) 상태에 있는 가열된 강재(鋼材)를 상부 임계 냉각 속도 이상에서 냉각하고, 마르텐사이트(martensite) 등의 경화 조직으로 변환시키는 처리로서, 이 담금질에 의해 처리물은 매우 단단해진다. 이 때, 냉각제로서는 일반적으로 유계, 수계(수용액계), 에멀젼계의 열 처리액이 이용된다. 강재의 담금질에 대하여 설명하면, 가열된 강재를 냉각제인 열 처리액에 투입한 경우, 냉각 속도는 일정하지 않고, 통상 3 단계를 거친다. 즉, (1) 강재가 열 처리액의 증기로 둘러싸이는 제1 단계(증기막 단계), (2) 증기막이 파손되어 비등이 발생하는 제2 단계(비등 단계), 및 (3) 강재의 온도가 열 처리액의 비점 이하가 되어 대류에 의해 열을 빼앗기는 제3 단계(대류 단계)를 거쳐 냉각된다. 이 3 단계에 있어서, 냉각 속도는 제2 단계의 비등 단계 가 가장 크다. 종래의 열처리유에 있어서는, 냉각 성능을 나타내는 열 전달율이, 특히 비등 단계에서 급격히 상승하여, 처리물 표면에서 증기막 단계와 비등 단계가 혼재하는 상태에서 매우 큰 온도차가 생기고, 이에 따른 열 수축의 차이나 변환 시간의 차이에 기인하는 열 응력이나 변환 응력이 발생하여 담금질 변형이 증가한다.

금속의 열 처리, 특히 담금질에 있어서는 그의 열 처리 조건에 적합한 열처리유의 선정이 중요하며, 그의 선정이 부적절한 경우에는 충분한 담금질 경도가 얻어지지 않을 수 있고, 또한 현저한 변형이 발생할 수 있다.

이러한 열처리유는 JIS K2242에서 1종부터 3종까지 분류되어 있고, 담금질에 사용하는 것은 1종의 1호유, 2호유, 2종의 1호유, 2호유이다. 이 중에서 JIS K2242에서는 냉각성의 표준으로서 JIS 냉각 곡선에서의 800℃부터 400℃까지의 냉각 초수가, 1종 2호에서는 4.0초 이하, 2종 1호에서는 5.0초 이하, 2종 2호에서는 6.0초 이하로 규정되어 있다. 이 냉각 시간이 짧을수록 냉각성이 높고, 열 처리물의 경도가 높아진다. 일반적으로, 경도와 담금질 변형은 상충 관계에 있어, 경도가 높을수록 담금질 변형은 크다.

또한, 공업적으로는 유제의 냉각성을 나타내는 지표로서, H값이 널리 이용되고 있고, 각 유제 제조사의 카탈로그 등에도 냉각성을 나타내는 표준으로서 기재되어 있다. H값은 JIS K2242 냉각 곡선에 있어서, 800℃에서 300℃까지의 냉각 시간으로부터 산출하는 방법으로 널리 이용되고 있다. 사용자는 이러한 지표를 바탕으로, 목적하는 경도와 담금질 변형을 얻기 위해 담금질유를 선택하고 있고, 예를 들면, 변형이 문제가 되는 자동차용 톱니 바퀴 부품 등의 담금질에는 JIS 2종 1호유 가 널리 사용되고 있다. 이는 JIS 1종유에서는 변형이 너무 클 뿐만 아니라, 부품에 따라서는 경도가 너무 높기 때문이고, 또한 2종 2호유에서는 변형은 작지만 경도가 부족하기 때문이다.

그런데, 자동차용 변속기나 감속기 등의 부품은 대부분의 경우 대량 생산되어, 하나의 트레이에 대량의 처리물을 쌓아 올려 한꺼번에 담금질을 행하는, 소위 단체 담금질(collective quenching)이 행해지고 있다. 이 때, 쌓아 올린 부품을 세팅한 위치에 따른 경도나 변형의 편차가 생긴다. 예를 들면, 하부에 세팅한 부품의 경도가 높고, 상부에 세팅한 부품의 경도가 낮아지는 등이다.

이 단체 담금질의 편차를 감소시키기 위해, 진동기나 분사 장치 등 특수한 설비를 추가하는 것이 고안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 청구의 범위 참조). 그러나, 종래의 장치에 이러한 설비를 추가하는 것은 비용이 들고, 또한 설비에 따라서는 개조가 곤란하였다. 이러한, 설비 투자를 하지 않고 담금질유의 특성만으로 이 편차를 감소시킬 수 있는 기술이 요망되었다.

또한, 비특허 문헌 1은 기재유의 점도를 동일하게 하면서, 5％ 유출 온도를 350℃ 이하로 한 경우와 350℃ 이상으로 한 경우의 경도와 변형을 평가하여, 350℃ 이하로 한 경우 쪽이 경도를 높게 유지하면서 변형을 감소시킬 가능성이 있음을 제시하고 있다(비특허 문헌 1, 도 12 및 도 13 참조). 그러나, 비특허 문헌 1에 개시되는 기술 내용에는 이하의 면에서 문제가 있다.

하나는, 변형을 SUJ2 샤프트 부품의 휨으로 평가하고 있는 점이다. 열처리유의 냉각 과정은 증기막 단계, 비등 단계 및 대류 단계를 거쳐 진행되는데, 샤프 트 부품과 같은 형상의 경우, 증기막 단계의 파단 시간의 불균일이 변형에 크게 영향을 미치기 때문에, 점도나 비등점 범위의 논란보다는 증기막 길이(특성 초수)의 영향이 지배적이라고 알려져 있다. 비특허 문헌 1에는 증기막 길이가 기재되어 있지 않지만, 기재유 조성으로부터, 증기막 길이가 짧아질수록 변형이 작음을 용이하게 판단할 수 있고, 이는 일반적인 경향이다. 또한, 변형 평가를 SUJ2로 행하고 있는 데 반해, 경도 평가를 S45C로 행하고 있어, 경도와 변형의 평가에 이용한 재료의 재질이 상이하다. 경도와 변형의 양립을 목적으로 하는 경우에는 동일 재질로 경도와 변형을 평가할 필요가 있지만, 가령 경도의 평가에 이용한 S45C로 변형을 평가한 경우, 담금질성이 나빠 거의 변형에 차이가 없을 것으로 예상된다.

다른 하나는, 비특허 문헌 1에서는 JIS 1종 2호유에 가까운 비교적 냉각성이 높은 영역에서의 검토로서, 특히 변형이 문제가 되는 부품의 경우, 이러한 냉각성이 높은 유제는 그다지 사용되지 않는 점이다. 일반적으로, 변형이 문제가 되는 부품은 JIS 2종 1호유, 경우에 따라서는 JIS 2종 2호유와 같은 냉각성이 낮고 변형을 억제할 수 있는 열처리유로 처리하는 경우가 많고, 예를 들면 자동차용 기어 등은 광범위하게 JIS 2종 1호유로 처리되고 있다. 이러한 점에서, 변형의 평가는 JIS 2종 1호유로, 또한 자동차용 변속기나 전동 장치 또는 감속기 등의 부품에 널리 사용되고 있는 SCM420이나 SCr420 등으로 행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명자들 그룹은 금속 재료의 담금질에 있어서, 냉각 불균일이 잘 생기지 않고, 담금질 처리물의 경도를 확보하는 동시에, 담금질 변형을 감소시 킬 수 있는 열처리유 조성물로서, 40℃에서의 동점도가 5 내지 60 mm²/s인 저점도 기재유와, 40℃에서의 동점도가 300 mm²/s 이상인 고점도 기재유로 이루어지는 혼합 기재유를 포함하는 열처리유 조성물을 제안하였다(특허 문헌 2, 특허 청구의 범위 참조). 여기서 사용한 실시예에서는 저점도 기재유를 50 중량％ 이상 첨가한 열처리유 조성물을 제안했지만, 그 후의 검토에서 이 조성 범위에서는 자동차용 기어의 담금질 등에 적용한 경우, 경도가 너무 높은 것으로 밝혀졌다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-286517호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-327191호 공보

비특허 문헌 1: 열 처리, 43권 2호, 93 내지 98 페이지

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 이러한 상황하에서 이루어진 것으로, 단체 담금질시의 냉각성의 편차를 감소시킬 수 있는 담금질유, 특히 변형이 문제가 되는 자동차용 변속기나 감속기의 부품 등의 담금질에 사용되고 있는 JIS 2종 1호유와 동일 정도의 냉각성을 가지면서, 단체 담금질시의 냉각성의 편차를 감소시킬 수 있는 담금질유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 단체 담금질시의 냉각성의 편차 원인으로서, 처리물에 의해 가열됨에 따른 국소적인 유온(油溫)의 차이, 처리물의 상류·하류에서의 유속의 차이, 유압의 차이 등이 있고, 이 중 특히 유속의 차이가 냉각성의 편차 원인으로서 큰 비중을 차지함을 알았다.

따라서, 본 발명자들은 유속의 차이에 의한 냉각성의 차이가 적어지는 담금질유를 평가하기 위해, 교반 유무에 따른 냉각성에 대하여 검토를 진행한 결과, 저비점 기재유와 고비점 기재유를 조합함으로써, 교반 유무에 따른 냉각성의 변화 및 경도의 변화를, 종래의 2종 1호유에 비해 낮게 억제할 수 있음을 발견하였다. 또한, 동일 조성으로 실제로 기어의 단체 담금질을 행한 결과, 특히 경도의 편차, 기어 정밀도의 편차를 감소시킬 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명은 (1) 5％ 유출 온도가 300℃ 이상 400℃ 이하인 저비점 기재유 5 질량％ 이상 50 질량％ 미만과, 5％ 유출 온도가 500℃ 이상인 고비점 기재유 50 질량％ 초과 95 질량％ 이하로 이루어지는 혼합 기재유를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리유 조성물, (2) 혼합 기재유 중의 저비점 기재유가 10 질량％ 이상 50 질량％ 미만이고, 또한 고비점 기재유가 50 질량％ 초과 90 질량％ 이하인 상기 (1)에 기재된 열처리유 조성물, (3) JIS K2242 냉각성 시험에서의 300℃ 초수가 7.5 내지 12.3초인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열처리유 조성물, 및 (4) 추가로, 증기막 파단제를 함유하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 열처리유 조성물을 제공하는 것이다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 단체 담금질시의 냉각성의 편차를 감소시킬 수 있고, 특히 자동차용 변속기의 톱니 바퀴 등, 변형이 문제가 되는 부품의 담금질에 사용되고 있는 JIS 2종 1호유와 동일 정도의 냉각성을 가지면서, 단체 담금질시의 냉각성의 편차를 감소시킬 수 있는 담금질유를 얻을 수 있다.

도 1은 톱니 바퀴 부품에 대하여, A 비틀림각 오차와 B 압력각 오차를 설명하는 도면이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 열처리유 조성물은 5％ 유출 온도가 300℃ 이상 400℃ 이하인 저비점 기재유(이하, "본 발명의 저비점 기재유"라 하는 경우가 있음)와 5％ 유출 온도가 500℃ 이상인 고비점 기재유(이하, "본 발명의 고비점 기재유"라 하는 경우가 있음)로 이루어지는 혼합 기재유를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 5％ 유출 온도란 JIS K2254 "석유 제품-증류 시험"의 "참고 석유 증류분의 가스 크로마토그래피법 증류 시험 방법"에 의해 측정되는 5％ 유출 온도를 의미한다.

혼합 기재유의 구성 요소로서 함유되는 저비점 기재유의 5％ 유출 온도가 300℃ 이상 400℃ 이하의 범위를 벗어나는 경우에는 본 발명의 효과를 발휘할 수 없고, 특히 5％ 유출 온도가 300℃ 미만인 저비점 기재유를 일정량 이상 사용한 경우에는 사용시에 유연(油煙)이 커지는 폐해가 있다.

또한, 혼합 기재유의 구성 요소로서 함유되는 고비점 기재유의 5％ 유출 온 도가 500℃ 미만인 경우에는 단체 담금질시의 냉각성의 편차가 보인다.

본 발명의 저비점 기재유의 함유량은 혼합 기재유를 기준으로 하여 5 질량％ 이상 50 질량％ 미만의 범위이다. 상기 저비점 기재유의 함유량이 5 질량％ 미만이면 본 발명의 효과가 불충분하다. 한편, 저비점 기재유의 함유량이 50 질량％ 이상이면 경도가 너무 높아진다. 이상의 면에서, 본 발명의 저비점 기재유의 함유량은 혼합 기재유를 기준으로 하여 10 질량％ 이상 50 질량％ 미만의 범위인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 고비점 기재유의 함유량은 혼합 기재유를 기준으로 하여 50 질량％를 초과하고 95 질량％ 이하의 범위이다. 고비점 기재유의 함유량이 50 질량％ 이하이면 경도가 너무 높아진다. 한편, 고비점 기재유의 함유량이 95 질량％를 초과하면, 단체 담금질시의 냉각성의 편차가 보인다.

본 발명의 열처리유 조성물은 상기 5％ 유출 온도 이외의 증류 성상에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 저비점 기재유의 초기 비점, 50％ 유출 온도, 및 95％ 유출 온도가 각각 250 내지 350℃, 360 내지 460℃, 및 400 내지 500℃인 것이 바람직하다. 이들 증류 성상을 만족시킴으로써, 초기 비점에 대해서는 유연이 억제되고, 50％ 유출 온도, 및 95％ 유출 온도에 대해서는 경도의 과도한 상승을 억제할 수 있다.

본 발명의 저비점 기재유 및 고비점 기재유로서는 광유나 합성유가 사용된다. 광유로서는 파라핀계 광유, 나프텐계 광유, 방향족계 광유 등의 증류분 중 어느 하나일 수 있고, 용제 정제, 수소화 정제 또는 수소화 분해 등 어떠한 정제법을 거친 것이든 사용할 수 있다. 합성유로서는, 예를 들면 알킬벤젠류, 알킬나프탈렌류, α-올레핀 올리고머, 힌더드 에스테르유 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 열처리유 조성물에 있어서는, 저비점 기재유 및 고비점 기재유로서 각각 상기 광유를 1종 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있으며, 또한, 상기 합성유를 1종 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 상기 광유 1종 이상과 합성유 1종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 열처리유 조성물은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 상기 혼합 기재유 이외에 다른 기재유를 병용할 수 있다.

본 발명의 열처리유 조성물에 있어서는, 추가로 증기막 파단제를 배합할 수 있다. 이 증기막 파단제를 배합함으로써, 증기막 단계를 짧게 할 수 있다. 상기 증기막 파단제로서는, 예를 들면 고분자 중합체, 구체적으로는 에틸렌-α-올레핀 공중합체, 폴리올레핀, 폴리메타크릴레이트류 등이나, 아스파르탐 등의 고분자량 유기 화합물, 유분산형 무기물 등을 들 수 있다. 이들 증기막 파단제는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

또한, 그의 열처리유 조성물 중의 함유량은 통상 1 내지 10 질량％, 바람직하게는 3 내지 6 질량％ 범위에서 선정된다. 이 함유량이 1 질량％ 이상이면 증기막 파단제를 첨가한 효과가 충분히 발휘되고, 한편, 10 질량％ 이하이면 열처리유 조성물의 점도가 너무 높아지지 않고 적당하여, 열처리유 조성물로서의 성능이 저하되지 않는다. 이러한 조성을 갖는 본 발명의 열처리유 조성물은 증기막 단계가 짧으면서 비등 단계의 냉각 성능의 증가가 억제되기 때문에, 냉각 불균일에 의한 담금질 변형을 감소시킬 수 있다. 또한, 비등 단계의 온도 범위가 넓어 처리물의 경도를 확보할 수 있다.

본 발명의 열처리유 조성물은 JIS K2242 냉각성 시험에서의 300℃ 초수가 7.5 내지 12.3초의 범위인 것이 바람직하다. 여기서 300℃ 초수란, JIS K2242 냉각성 시험에 있어서, 800℃부터 300℃까지의 냉각 초수를 말한다. 이 300℃ 초수가 7.5초 미만이면 경도가 너무 높아진다. 한편, 300℃ 초수가 12.3초를 초과하면 경도가 부족하다. 이상의 면에서, JIS K2242 냉각성 시험에서의 300℃ 초수가 7.5 내지 10.0초의 범위인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 열처리유 조성물은 100℃에서의 동점도가 5 내지 50 mm²/s의 범위에 있는 것이 바람직하다. 100℃에서의 동점도가 5 mm²/s 이상이면, 경도가 너무 높아지는 일이 없고, 또한 인화의 위험성이 낮아져 바람직하다. 한편, 100℃에서의 동점도가 50 mm²/s 이하이면 충분한 경도가 얻어지고, 또한 세정성이 악화되는 일이 없어 바람직하다. 이상의 면에서, 100℃에서의 동점도는 8 내지 35 mm²/s의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 열처리유 조성물에는 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서, 필요에 따라 종래 열처리유에 관용되고 있는 첨가제, 예를 들면 계면 활성제, 열화 산 중화제, 산화 방지제, 광휘성 향상제 등을 배합할 수 있다.

계면 활성제로서는, 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속의 살리실레이트, 술포네이트, 술피네이트 등을 들 수 있다. 알칼리 토금속으로서는 칼슘, 바륨 및 마그네슘이 바람직하다. 또한, 알칼리 금속으로서는 칼륨, 나트륨이 바람직하다. 계면 활성제의 함유량으로서는, 열처리유 조성물 전량 기준으로 통상 0.1 내지 10 질량％ 범위이고, 0.2 내지 7 질량％ 범위가 바람직하다.

또한, 열화 산 중화제로서는, 예를 들면 알칼리 토금속의 살리실레이트, 술피네이트, 술포네이트 등을 들 수 있다. 알칼리 토금속으로서는 칼슘, 바륨 및 마그네슘이 바람직하다. 또한, 산화 방지제로서는 종래 공지된 아민계 산화 방지제나 힌더드 페놀계 산화 방지제 등을 들 수 있다. 또한, 광휘성 향상제로서는, 종래 공지된 유지나 유지 지방산, 알케닐숙신산이미드, 치환 히드록시 방향족 카르복실산 에스테르 유도체 등을 들 수 있다.

본 발명의 열처리유 조성물은 강재 등의 금속 재료의 성질 개선을 목적으로 행해지는, 침탄(carburizing) 담금질, 침탄질화(carbonitriding) 담금질, 진공 담금질 등의 열 처리 방법에 적합하게 사용된다.

다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 아무런 한정도 되지 않는다. 한편, 열처리유 조성물의 여러 특성은 하기 방법에 따라 측정하였다.

(1) 평가 1; 교반에 의한 경도 변화(시험편: 둥근 막대)

JIS K2242 냉각성 평가 시험기를 개조한 장치를 이용하여 교반에 의한 경도 변화에 대하여 평가하였다. 장치는 밀폐식으로 분위기 제어를 가능하게 하여, 은 알루멜편 부분에 철편을 부착하고, 가열 후 오일 중에 담금질을 할 수 있는 장치로 하였다. 가열로로부터, 오일 중에 투입하기까지의 시간이 약 2초이고, 반송에 의한 온도 강하가 적기 때문에, 다른 장치에 비해 동일 조건에서의 경도가 약간 높아진다. 재료 및 측정 조건은 이하와 같다.

시험편: SCM420 φ16 mm×30 mmL의 둥근 막대를 이용하였다.

열 처리 조건: 순질소 분위기 중에 860℃에서 30분 가열하였다.

오일 냉각 조건: 유온 120℃, 냉각 시간 3분, 무교반 및 교반(30 cm/s 상당) 하에서 행하였다.

평가: 시험편의 축 방향 중앙에서 절단·연마하고, 절단면 반경의 1/2 위치의 경도를 JIS Z2245에 규정되어 있는 로크웰 경도 C 스케일 HRC로 측정하였다. 8개소를 측정하고, 그의 평균치를 산출하였다.

(2) 평가 2; 교반에 의한 정밀도 및 경도 변화(시험편: 기어)

시험편의 재료 및 열 처리 조건을 이하의 것으로 하고, 톱니 바퀴 정밀도 및 경도를 평가하였다. 톱니 바퀴 정밀도의 평가 항목으로서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 치면의 압력각(치형(tooth profile)) 오차 B, 비틀림각(잇줄(tooth trace)) 오차 A를 측정하였다. 여기서, 압력각 오차 변화량, 비틀림각 오차 변화량은 각각 담금질 후의 담금질 전에 대한 변화량을 나타낸다. 또한, 경도는 치원의 빅커스(Vickers) 경도 HV(JIS Z2244에 규정), 및 유효 경화층 깊이(JIS G0557에 규정)에 의해 평가하였다. 한편, 유효 경화층 깊이의 판정 기준에는 구 JIS 규정의 HV513을 채용하였다.

시험편: SCM420 차등 구동 피니온(differential drive pinion) (모듈 2.43)

열 처리 조건: 시험편을 열 처리로의 가열실 내에서 950℃로 가열한 후, 침탄 분위기 가스를 탄소 포텐셜(CP)값 1.0 질량％ 농도로 공급하였다. 그 중에서 150분 유지(침탄 공정)한 후, CP값을 0.8 질량％로 조정하고, 추가로 60분 유지(확산 공정)하였다. 그 후, 노 내에서 860℃까지 방냉하고, CP＝0.8 질량％ 상태에서 추가로 30분 유지(균열 공정)하였다.

오일 냉각 조건: 유온 130℃, 냉각 시간 4분, 약교반(20 cm/s 상당) 및 강교반(55 cm/s 상당) 하에서 행하였다.

(3) 평가 3; 단체 담금질시의 변형의 편차의 평가(시험편: 기어)

재료 및 열 처리 조건을 이하의 것으로 하고, 압력각(치형) 오차, 비틀림각(잇줄) 오차의 정밀도의 변화량 6σ에 의해 평가하였다.

시험편: SCM420 차등 구동 피니온(모듈 2.43)

열 처리 조건: 침탄 공정 950℃×100분, CP＝1.0 질량％

확산 공정 950℃×70분, CP＝0.8 질량％

균열 공정 860℃×30분, CP＝0.8 질량％

오일 냉각 조건: 유온 130℃, 냉각 시간 4분

본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용하는 저비점 기재유의 성상을 표 1에, 고비점 기재유의 성상을 표 2에 각각 나타내었다.

실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 13

표 3에 나타낸 배합비에 의해 열처리유 조성물을 제조하고, 상기 평가 1을 실시하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 실시예 3 및 비교예 5의 열처리유 조성물에 대하여 상기 평가 2 및 평가 3을 실시하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

(주)

* 1: 계면 활성제: 루브리졸사(The Lubrizol Corp.) 제조의 "Ca 술포네이트 78W"

* 2: 증기막 파단제 A: 이데미쓰 고산(주)(Idemitsu Kosan Co.,Ltd.) 제조의 "이데미쓰 폴리부텐 2000H"

* 3: 증기막 파단제 B: 닛본 케미컬즈 한바이(주)(Nippon Chemicals Sales Co.,Ltd.) 제조의 "NC505"

* 4 ×: 유연이 커서 담금질 실험을 할 수 없었음.

평가 1에 있어서는, 무교반과 교반에 있어서, 그의 경도차가 작은 쪽이 바람직하고, 경도차가 작은 열처리유 조성물은 단체 담금질시의 냉각성의 편차가 작다. 실시예 1 내지 8의 열처리유 조성물은 모두 경도차가 3 HRC 미만으로 양호하다. 또한, 무교반에서의 경도는 40HRC 미만인 것이 자동차용 변속기의 기어 등의 충격 하중이 가해지는 부품에서는 내충격성 면에서 바람직하고, 실시예 1 내지 8의 열처리유 조성물은 이 값을 모두 만족시키는 것이다.

또한, 실시예 1 내지 8의 열처리유 조성물은 모두 300℃ 초수가 7.5 내지 10.0초 범위로서, 적절한 경도를 갖는 것이다. 한편, 비교예에 있어서는, 비교예 2, 3, 및 10 내지 13은 300℃ 초수가 7.5초 미만으로 경도가 너무 높다.

다음으로, 실시예 3 및 비교예 5의 열처리유 조성물을 이용한 상기 평가 2에 대하여, 실시예 3의 열처리유 조성물은 비교예 5의 열처리유 조성물과 비교하여 교반 강도에 따른 압력각 오차 변화량의 차이(㎛)는 동등하지만, 교반 강도에 따른 비틀림각 오차 변화량의 차이(㎛)가 현저히 작음을 알 수 있다. 즉, 비틀림각 오차 변화량의 차이(㎛)는 교반 속도에 강하게 영향을 받는 인자이지만, 본 발명의 열처리유 조성물은 열처리유 조성물의 유속이 변화하더라도 품질에 대한 영향을 작게 억제할 수 있다.

또한, 비교예 5의 열처리유 조성물은 JIS 2종 1호유에 상당하지만, 실시예 3의 열처리유 조성물을 이용한 경우이더라도 이와 동등 이상의 치원 경도를 가짐을 알 수 있다. 게다가, 실시예 3의 열처리유 조성물은 비교예 5의 열처리유 조성물과 비교하여 교반 강도에 따른 치원 경도의 차이가 작고, 치원 경도에 관해서도 열처리유 조성물의 유속의 변화에 의한 영향을 작게 할 수 있다.

또한, 유효 경화층 깊이에 대해서도, 실시예 3의 열처리유 조성물은 비교예 5의 열처리유 조성물을 이용한 경우에 대하여 동등 이상의 값을 나타내고, 게다가 실시예 3의 열처리유 조성물은 열처리유 조성물의 유속의 변화에 의한 영향을 작게 할 수 있다.

평가 3에 있어서, 실시예 3의 열처리유 조성물은 비교예 5의 열처리유 조성물과 비교하여 실제의 단체 담금질에 있어서 비틀림각 오차 변화량의 편차가 매우 작음이 확인되었다. 또한, 평가 2에 있어서는 압력각 오차 변화량의 차이는 실시예 3의 열처리유 조성물과 비교예 5의 열처리유 조성물에서 차이는 없지만, 실제의 단체 담금질의 평가에 있어서는 실시예 3의 열처리유 조성물 쪽이 압력각 오차 변화량의 편차가 작음이 밝혀졌다.

본 발명의 열처리유 조성물은 금속 재료의 담금질에 있어서, 동시에 대량의 처리물을 담금질했을 때에 경도나 담금질 변형의 편차가 잘 생기지 않고, 특히 자동차용 톱니 바퀴 부품 등의 담금질에 사용되고 있는 JIS 2종 1호유와 동일 정도의 냉각성을 가지면서, 단체 담금질시의 냉각성의 편차를 감소시킬 수 있는 담금질유 조성물이다.

Claims

5％ 유출 온도가 300℃ 이상 400℃ 이하인 저비점 기재유 5 질량％ 이상 50 질량％ 미만과, 5％ 유출 온도가 500℃ 이상인 고비점 기재유 50 질량％ 초과 95 질량％ 이하로 이루어지는 혼합 기재유를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리유 조성물.
제1항에 있어서, 혼합 기재유 중의 저비점 기재유가 10 질량％ 이상 50 질량％ 미만이고, 또한 고비점 기재유가 50 질량％ 초과 90 질량％ 이하인 열처리유 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, JIS K2242 냉각성 시험에서의 300℃ 초수가 7.5 내지 12.3 초인 열처리유 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 증기막 파단제를 함유하는 열처리유 조성물.