Анализ закалочных сред, используемых при реализации упрочняющих режимов термической обработки

Введение

 

 

Методические указания подготовлены в соответствии с учебной программой дисциплины “Термическая обработка металлов”, читаемой в Национальной металлургической академии Украины известными учеными–термистами (К.Ф. Стародубов, И.Е. Долженков, Ю.П. Гуль и др.) на протяжении многих десятилетий. При подготовке материалов была проанализирована современная учебная и техническая литература по термической обработке.

Известно, что конструктивная прочность металлоизделий во многом определяется структурным состоянием металла или сплава и уровнем его напряженного состояния, которыми целенаправленно можно управлять за счет использования термической или комбинированной обработок.

Термическая обработка металлов и сплавов в металлургии традиционно считается четвертым переделом (по очередности в цикле переработки металла: получение чугуна ®получение стали ® обработка металла давлением ® термообработка). В промышленности, в составе металлургических, машиностроительных и др. заводов, существует большое количество термических цехов, участков, на оборудовании которых производится предварительная или окончательная термическая обработка проката или готовых металлоизделий, определяющая конечный уровень свойств металла. В промышленно развитых странах для повышения конкурентоспособности металлопродукции различных отраслей постоянно внедряются в производство новые оборудование и технологии термической и комбинированной обработок деталей различного назначения с целью оптимизации их структуры и свойств.

Целью выполнения индивидуального задания или курсовой работы по дисциплине «Термическая обработка металлов» является закрепление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины и приобретение навыков их практического использования при решении конкретной задачи, максимально приближенной к производственным условиям.

Анализ закалочных сред, используемых при реализации упрочняющих режимов термической обработки

При выборе режима охлаждения металла изделий при реализации упрочняющей термической обработки необходимо руководствоваться следующими основными критериями, обусловливающими выбор охлаждающей среды:

· Экономическая целесообразность внедрения предлагаемой разработки. Значительная разница в стоимости закалочных масел и воды или водных охлаждающих сред является существенным стимулом для внедрения в производство водных охлаждающих сред взамен масла, которые могут обеспечивать (в зависимости от концентрации растворяемых в воде ингредиентов) различную интенсивность охлаждения (от скорости охлаждения холодной воды до скорости охлаждения менее, чем в масле). Охлаждающая среда должна содержать недефицитные компоненты, которые производятся в Украине (наиболее целесообразно).

Например, стоимость одного метра кубического закалочного масла (М40), наиболее часто используемого в практике, колеблется в интервале от ≈7900 грн до 9000 грн. А стоимость одного метра кубического готового водного раствора хлорида (калия, кальция, натрия и др.) в условиях завода составляет около 30-35 грн. Для сопоставления можно привести данные по стоимости одного метра кубического готового водного раствора полимера типа AQUATENSID, FEROQUENCH 2000, которая составляет примерно 450-470 грн. Для промышленного использования водных растворов полимеров необходимо создавать экспресс-лабораторию, задачей которой будет (ежесуточное или посменное) определение концентрации полимера в растворе, что удорожает и усложняет возможность широкого использования таких охлаждающих сред.

· Технологичность охлаждающей среды.Технологические характеристики предлагаемой к использованию охлаждающей среды определяются следующими основными параметрами:

1) Температура эксплуатации – на основании литературных данных необходимо определить температурный интервал, в котором эксплуатация охлаждающей среды не вызывает отрицательных явлений (нестабильность охлаждения при изменении температуры ванны, появление «мягких» пятен на поверхности закаливаемых деталей, воспламенение и т.д).

2) Приемлемая концентрация компонентов (для различных водных охлаждающих сред) – в зависимости от требуемой интенсивности охлаждения может меняться в достаточно широком интервале;

3) Контроль охлаждающей способности – от степени сложности выполнения этой операции (целесообразно осуществлять не реже 1 раза в смену) зависит стабильность режима закалочного охлаждения, соответственно структура и свойства металла деталей. Может осуществляется: записью кривых охлаждения с использованием контрольного термозонда и сравнением с оптимальной кривой охлаждения; путем замера плотности водного раствора хлоридов (ариометром) при температуре +20⁰С; путем определения сухого осадка ингредиентов в водных растворах полимеров и пересчетом концентрации в водном растворе и др.способами.

Компоненты водного раствора должны быстро растворяться при подготовке раствора к эксплуатации.

· Экологическая безопасность охлаждающей среды – среда и ее водные растворы не должны разлагаться при нагреве до температуры кипения, а сама среда и продукты ее испарения должны быть безопасными для персонала термоучастка и окружающей среды.

· Пожарная безопасность –для промышленного использованияцелесообразно иметь охлаждающую среду, которая не горит или имеет высокую температуру вспышки. В случае использования воспламеняющихся сред необходимо предусматривать при организации производственных термических мощностей меры по пожарной безопасности.