ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

  • Изготовление промышленного термического оборудования
  • Собственные проектные и производственные мощности
  • Современное оборудование и станки

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Современное оборудование и станки

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Современное оборудование и станки

Закалка сталей в водо-полимерных средах

Детали и механизмы машин, преимущественно изготавливаются из сталей. Особо ответственные или нагруженные детали изготавливаются из углеродистых сталей с обязательным упрочнением, относительно исходного состояния. Прочностные характеристики материалов определяются не только химическим составом, но и строением кристаллической решетки. Металлы имеют различную прочность и твердость в зависимости строения кристаллической решетки.

Нагревая и охлаждая металлы можно изменять структуру решетки, а значит влиять на их твердость и прочность. Изделие на уровне заготовки должно быть мягким для облегчения механической обработки. Мягким изделие становится после отжига, когда у него перлитная кристаллическая структура.

При нагреве сталей выше температуры перекристаллизации, (точки GSE на диаграмме железо-углерод) сталь из α (альфа железо) переходит в γ (гамма) железо, такая структура кристаллической решетки называется аустенит. Если γ железо быстро охладить то основная часть атомов не успеет перестроится в привычную для себя α решетку. Так получают твердое изделие, которое имеет преимущественно структуру мартенсит – т.е. твердый раствор углерода в γ железе. Решетка мартенсита значительно деформирована и вместо кубической переходит тетрагональную форму. Структура, состоящая из мартенсита, будет иметь максимально возможную твёрдость изделия.

На практике, готовые детали имеют структуру мартенсита и перлита в различных пропорциях. Необходимое соотношение между структурами, а значит, твердости и вязкости получают с помощью операции последующего нагрева, называемого отпуском. При отпуске часть атомов из γ решетки перестраиваются в привычную для себя α решетку, при этом снижаются внутренние напряжения и соответственно твердость. Причем, чем выше температура отпуска, тем больше атомов перестроятся, а изделие будет менее твердым и более вязким.

Режимы охлаждения при закалке

Наиболее изученными вопросами в материаловедении являются связь химического состава со структурой металла при определенных температурах. Наиболее слабо изученное направление в технологии упрочнения это методы, условия и режимы охлаждения. Между тем именно в охлаждении кроются большие резервы управления структурой и свойствами металла в готовых изделиях.

Основной вопрос упрочнения, это с какой скоростью охлаждать? Казалось бы, охлаждай максимально быстро - получится максимальная твердость, но при этом повышенные внутренние напряжения приведут к образованию трещин на деталях. Так называемые, и всем термистам хорошо знакомые, закалочные трещины. Охлаждая медленно - не достигнешь необходимой твердости и деталь надо будет отжигать, а затем проводить повторную термообработку. Каждая марка стали имеет свою «критическую» скорость охлаждения, которая обеспечивает максимальную твердость и не приведёт к растрескиванию. Например, сталь 45Х, в зависимости от типа охладителя, можно закалить на HRC 45 или на HRC 60. Что бы «выжать» из стали максимальную твердость необходимо охлаждать с максимально близкой к критической скорости, для конкретной марки стали и типа заготовки. Отсюда можно сделать простой вывод, что скорость охлаждения должна быть регулируемая. Широко применяемых скоростей охлаждения всего две: это скорость охлаждения в воде и в масле. Даже учитывая, что скорость охлаждения можно, в небольшом диапазоне, регулировать температурой и циркуляцией закалочной жидкости, то все равно критическую скорость закалки можно не получить.

Водяные и масляные среды могут обеспечивать «критическую» скорость закалки только в некоторых вариантах применения. К тому же, если с водой работать относительно просто, то закалка на масло имеет специфические особенности и недостатки:

  • - недостаточная скорость охлаждения, для некоторых марок сталей;
  • - способность возгораться, выделять вредные пары, дым, коксоваться на стенках воздухопроводов и т.д.,
  • - хорошее смачивание поверхностей и как следствие большой вынос масла с заготовками, испарение;
  • - изменение химического состава под воздействием высоких температур;
  • - необходимость промывки заготовок в моющих растворах с дальнейшей регенерацией масляных пленок.
График охлаждения в водо-полимерных средах

Недостатки традиционных вариантов закалки способствовали поиску более оптимальных закалочных сред и приемов закалки, хотя бы для некоторых вариантов заготовок и сплавов. В результате появилось несколько вариантов технологий закалки и сред, лучше подходящих для некоторых видов изделий. Наибольшее распространение получили жидкие полимерные концентраты в соединении с водой. Впервые в Советском союзе данная технология появилась в 1980г.

Характеристики водо-полимерных соединений

Водо-полимерные составы представляют собой смесь воды и полимеров в определенных соотношениях. Полимерами называются химические соединения, образованные длинными цепочками макрочастиц, получаемых соединением микрочастиц - мономеров. Такая реакция называется полимеризация. Смешивание воды и полимеров позволяет получить стабильную охлаждающую жидкость с регулируемой теплоёмкостью, а значит и охлаждающей способностью.

Основой состава охлаждающей жидкости является вода, пусть даже с измененными свойствами. Поэтому имеются ограничения на использование водо-полимерных жидкостей. Данные среды не рекомендуется использовать для закалки высоколегированных инструментальных и штамповых марок сталей, а также деталей сложной формы или с переменным сечением.

В качестве исходного концентрата полимера применяется полиакриловая соль железа марки ПК-М. Этот полимер оказался дешевым и имел преимущества относительно других, схожих по составу, полимеров. Изначально охлаждающие среды с применением полимеров были предназначены для замены масла с целью устранения возгораемости. Уже вскоре разработали материалы, которые превзошли масло по эффективности, для некоторых изделий. Обнаружились и другие преимущества водо-полимерных закалочных сред.

    Усредненные результаты охлаждения в различных средах

Характеристика Масло И-20 Среда ПК-М
Твердость (HB ≤ 363) 302 – 311
Коэффициент закручивания (доп. 66-89) 76 – 82
Сопротивление на разрыв (доп. нагрузка 34-41 тс) 34,6 – 36,0 35,4 – 37,4
Сопротивление на разрыв по косой шайбе (доп. 34-42 тс) 34,6 – 36,4 36,2 – 37,0
Относительное удлинение (не менее 8,0) 14 – 17 9,6 – 12,0
Относительное сужение (не менее 40,0) 53 – 59 50 – 53
Ударная вязкость (не менее 0,5 МПа) 6,6 – 7,3 5,5 – 6,7

Особенности применения водо-полимерной закалочной жидкости.

  • Концентрация вредных составляющих ниже ПДК в 1,5-2 раза.
  • Раствор с применени6ем концентрата полимера ПК-М многократно превосходит минеральные масла и иные жидкости по длительности применения и характеристикам закалки.
  • Средний расход самого концентрата на одну тонну охлаждаемых заготовок в 5-8 раз меньше, потерь масла, и в десятки раз - чем расход растворов на основе карбоксиметилцелюлозы, полиакриламида, латекса и прочих органических полимеров.

Применение водо-полимерных сред

  • Применение в качестве концентрата полимера марки ПК-М полностью исключает операцию промывки после закалки.
  • Не предусматривается замена и очистка от продуктов разложения полимера.
  • Охлаждающую способность жидкости регулируют путем корректировки раствора добавлением концентрата или воды.

В водо-полимерной жидкости с успехом обрабатывают крепеж, валы, диски, кольца, прокат, поковки, литье т.п. Т.е. заготовки должны быть без больших перепадов сечений и из простых углеродистых или низколегированных сталей. Высоколегированные стали можно обрабатывать избирательно, в зависимости от формы заготовки. Не рекомендуются закаливать трещиночувствительные стали, из которых делают штампы, пресс-формы, некоторый инструмент.

Водо-полимерная закалка становится выгодной в технологическом, экономическом и экологическом плане для некоторых марок сталей и форм заготовок. Изменением соотношений полимер-вода возможно получить практически любую интенсивность в диапазоне «вода - масло».

Для проведения закалки выпускаются специализированные закалочные ванны с системами анализа охлаждающей способности раствора. Ванны для водо-полимерных растворов могут быть различных типоразмеров. Каждая модель ванны оборудуется импеллером с направляющими потока, системой нагрева, охлаждения, индикации температуры и т.д.

Опционально предлагается система анализа охлаждающей способности раствора. Соотношения составов для смешивания: вода 80%, жидкий концентрат полимеров марки «ПК-М»-20%. Средний расход жидкого концентрата марки ПК-М соответствует ~ 4 - 10кг на тонну обрабатываемого металла. При эксплуатации ванны нет необходимости в полной замене раствора. Необходимую концентрацию составов поддерживают проведением корректировок, добавлением воды, значительно реже,- полимера).

    На фото процесс начала приготовления раствора закалочного полимера.

График охлаждения в водо-полимерных средах

Анализ охлаждающей способности раствора проводят по графику снижения температуры эталона с вмонтированной внутрь термопарой. Эталон нагревается в небольшой печи и переносится в емкость с анализируемой жидкостью. Регистратор температуры эталона фиксирует график охлаждения. График выводится на монитор ПК где производится сравнительный анализ и принимается решение о необходимости корректировки.

С закалочной ванной может поставляться концентрат полимеров, печь нагрева эталона, регистратор температуры, программное обеспечение для установки на ПК, эталон с термопарой и подробные инструкции по подготовке, контролю и эксплуатации закалочного раствора и ванны.

Ответим на Ваши вопросы Оставьте сообщение
Адрес
Адрес
620085, Екатеринбург, ул. Монтерская, 3, цех 11
(территория ОАО "Уральский завод РТИ")
Телефон
Телефон
+7 (343) 221-53-39 – Консультант
+7 (343) 221-53-55 – бухгалтерия
Время работы
Время работы
Пн.-Пт. с 8.00-17.00