Минеральные закалочные масла

Как только было установлено, что закалка легированных сталей в воде вызывает значительные деформации и трещины, начали приме­нять их обработку с более медленным охлаждением [1]. Вначале это были различного рода масла и жиры растительного и животного происхождения. Их охлаждающая способность в свежем состоянии, как правило, хорошая, хотя они имеют ряд недостатков. Самым зна­чительным из них является очень малая стойкость, вызванная склон­ностью к окислению и разложению. Кроме того, они дороги, имеют неприятный запах, а в случае закалки после нагрева в солях, выделяют мыла щелочноземельных металлов, образующие шлам.
После появления в конце прошлого века значительно более дешевых продуктов рафинирования нефти минеральные масла как охлаждающие среды почти полностью вытеснили растительные масла и животные жиры. Последние еще иногда применяются в качестве добавок к минеральным маслам с целью улучшения некоторых их свойств, например, смачиваемости.
По мере уяснения механизма и кинетики фазовых превращений переохлажденного аустенита, а также явлений теплообмена в охлаж­дающих средах с температурой кипения значительно ниже темпера­туры закалки были улучшены также свойства и расширен ассортимент закалочных масел. Современное состояние развития этих охлаждаю­щих сред говорит о том, что, несмотря на их известные недостатки (пожароопасность, отрицательное влияние на природу, недостаточная в некоторых случаях охлаждающая способность), они являются наи­более распространенными охлаждающими средами, так как позволяют получить оптимальное сочетание твердости с закалочными деформа­циями. Масла также менее трудоемки при контроле и наблюдении по сравнению с другими охлаждающими средами, кроме воды. Область применения различных видов масел очень широкая, хотя следует по­мнить о таких ограничениях с точки зрения противопожарной без­опасности, как закалка тяжелых деталей и деталей с большим от­ношением площади поверхности к массе, а также о частичной закалке и закалке душем.
Количество разновидностей современных закалочных масел, произ­водимых специализированными фирмами, обычно достигает порядка десяти. Однако все они с точки зрения эксплуатационных температур могут быть разделены на две группы (низко- и высокотемпературные), а с точки зрения охлаждающей способности — на три группы (низкотемпературные, медленно охлаждающие масла и быстроохлаждающие, а также высокотемпературные). В таблице 1.2 [1], кроме этого деления, принято деление на подгруппы, ограничивающие общую хи­мическую природу масел. В зависимости от природы применяемых изготовителем базовых масел, а также количества и вида добавок разновидности масел, принадлежащие к одной и той же группе или подгруппе, могут значительно отличаться физико-химическими и экс­плуатационными свойствами. Поэтому не только с коммерческой точ­ки зрения, но и технически обосновывают применение фирменных названий разновидностей масел.
Обычные масла (группа 1), как правило, состоят из парафиново-нафтеновых фракций с вязкостью 1, 45—6, 5 °Е/50 °С с добавками, повышающими их сопротивление старению. Детали со светлой поверхностью перед погружением в масло остаются светлыми и после охлаждения. После определенного времени эксплуатации этих масел продукты старения приводят к потемнению поверхности. Некоторые разновидности обычных масел с вязкостью 1, 45—2, 2 °Е/50 °С содержат добавки, обеспечивающие сохранение светлой поверхности в течение очень длительного времени эксплуатации. Охлаждающая способность этой группы масел в приближении описывается их вязкостью. Жид­кие охлаждающие среды охлаждают быстрее, чем густые.
Быстроохлаждающие масла (группа 2) изготавливают на базе жидкотекучих дистиллированных фракций с добавками веществ, повышающих смачиваемость или отлагающихся адгезионно на поверх­ности и таким способом увеличивающих охлаждающую способность. Обычно эти масла приводят к потемнению поверхности.
Охлаждающая способность быстроохлаждающих масел и, в осо­бенности, их разновидность с минимальной вязкостью настолько ве­лика, что даже углеродистые стали прокаливаются в них насквозь при максимальном размере сечения до 25 мм. Следовательно, эта способность приближается к охлаждающей способности спокойной воды, что подтверждают исследования коэффициентов интенсивности охлаждения Гроссмана.
Несмотря на низкие по сравнению с другими разновидностями масел температуры воспламенения быстроохлаждающих масел, они не увеличивают пожароопасность, а даже уменьшают ее. В быстроохлаждающем масле с малой вязкостью и низкой температурой воспламенения увеличение ею температуры в непосредственной близости от охлаждаемого предмета меньше, так как благодаря облегченной циркуляции в теплообмене принимает участие почти вся масса ванны. В то же время в вязком масле в начальный период охлаждения в этом обмене участвует только небольшая часть масла.