[发明专利]金属加工流体组合物及其用于加工致密石墨铸铁的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月9日提交的美国临时专利申请号61/568,979的优先权权益，其通过引用以全文并入。

背景

铸铁可用于生产很多工业部件。某些类型的铸铁如致密石墨铸铁可能难以加工；在工业部件制造中通常必需的金属切削和研磨可能存在挑战和困难，导致例如工具磨损的快速和加速速率，以及产生的零件的降低的品质。

随着工业中当前正进行的用致密石墨铸铁代替标准灰铸铁以产生更轻和更高强度零件的许多成果，描述结构和组成两者的差异导致这两种金属在材料性质和可加工性方面的差异是有用的。灰铸铁传统用于生产发动机组、气缸盖以及各种其它汽车部件。灰铸铁中的石墨具有薄片状结构。以互连石墨薄片为主，产生基质内高的不连续性水平和应力集中效应，随后产生灰铸铁的性质特征，例如良好的导热性、阻尼容量和良好的可加工性质。因此灰铸铁容易以低生产成本加工，（较高金属切削率及长的工具寿命）。不同于灰铸铁，致密石墨铸铁具有与珊瑚很像的石墨结构。这样的石墨结构产生金属内较低的不连续性水平和应力集中效应，产生较高强度和韧度性质，以及较低可加工性。

除石墨结构差异之外，灰铸铁和致密石墨铸铁之间有显著的组成差异，这也很大程度上造成这两种金属的可加工性差异。在灰铸铁中存在硫被认为是与该金属的高可加工性有关的关键因素。

由于这两个因素（石墨形态和硫浓度），致密石墨铸铁的可加工性显著较低，且工具磨损比起经历灰铸铁加工的工具磨损显著较高。先前报导的研究表明，对于致密石墨铸铁的铣削和钻孔操作，工具寿命可能为在用灰铸铁的类似加工操作中获得的工具寿命的一半，而在致密石墨铸铁镗削操作中的工具寿命观察到仅为其十分之一。因此显然，需要能实现改进的和更经济的致密石墨铸铁加工的技术进步。在工具工程领域的研究和开发、加工条件优化、致密石墨铸铁组成以及金属加工流体组合物。本发明描述新的流体组合物及使用方法，可在普通等级致密石墨铸铁的加工中提供提高的工具寿命和零件品质。

发明概述

根据本发明的一些实施方案，铁加工组合物包括水、润滑剂酯和含硫润滑剂添加剂。在一些实施方案中，润滑剂酯或润滑剂酯的组合存在的量为约1重量%-约50重量%，并且可包括多元醇酯、基于甘油的酯和/或选自以下的酯：2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-丙醇、1,1,1,三(羟甲基)丙烷、2-羟基-1,3-丙二醇、2,2-双(羟甲基)-1,3-丙二醇和1,2,3-丙三醇的C₁₂-C₁₈脂肪酸酯。合适的酯还可包括如下产生的那些：多元醇与氧化乙烯和/或氧化丙烯初始反应，然后是后续酯化，以产生聚氧烷基化的多元醇酯。合适的酯还包括通过羟基-官能化脂肪酸（例如蓖麻油酸）的缩合以得到低聚和聚合酯而产生的那些酯。

在一些实施方案中，含硫润滑剂添加剂存在的量为约0.1重量%-约20重量%，并可包括硫化α-烯烃、二分支烷基三硫化物和多硫化物、含硫羧酸、复合硫化酯和/或二烷基多硫化物，所述二烷基多硫化物选自具有下式的那些：CH₃-C(R₁)(R₂)-(CH₂)_n-)_x-S_m，其中R₁ = H或CH₃，R₂ = H或CH₃，n = 8-20，x = 1-2，且m = 2-7。

在一些实施方案中，铁加工组合物包括脂肪酸，例如含有12-22个碳的饱和及不饱和链的那些脂肪酸，其量为约0重量%-约12重量%。