1. Tre generasjoner med slitasjebestandige-materialer
Slitasjebestandige komponenter - mølleforinger, slipekuler og knusedeler som betjener termisk kraft, sement-, jern--malm- og aluminaanlegg - er produsert av tre påfølgende familier av metalliske materialer:
Høyt-austenittisk manganstål(første generasjon). I -støpt tilstand er strukturen austenitt med karbidnettverk ved korngrenser. En vann-herdingsbehandling (løsning) ved ca. 1050 grader løser opp karbidene og produserer en enfaset austenittisk struktur som virker-herder raskt under støt.
Slitasjebestandig-stål med lav-legering(andre generasjon). Primært Cr–Mo-systemer med små tilsetninger av andre elementer, levert som martensittisk, bainitisk, austenittisk–baintisk dupleks eller martensittisk–baintisk duplekskvalitet.
Slitasjebestandige legeringsstøpejern(tredje generasjon). Delt inn i vanlige hvite jern, nikkel-krom (Ni-hard type) jern og høy-krom hvit jern; de to sistnevnte er de mest brukte på grunn av deres harde karbider i en tøff matrise.
2. Hvorfor det slukkende medium betyr noe
For høyt-legert stål, middels-legert stål og slitasjebestandig-støpejern, dikterer produktutvalget - fra slipekuler til foringsplater - valget av herdemedium. Et medium som avkjøles for sakte kan ikke oppnå full hardhet; en som avkjøles for fort skaper termiske og transformasjonsspenninger som sprekker høye-karbonkomponenter. Dette er grunnen til at tekniske krav til bråkjølingen ofte er spesifisert til leverandøren av profesjonelle herde- og kjølemedier.
3. Vann-oppløselige polymerquenchants som et alternativ til olje
Økende miljøbevissthet og skjerpede utslippsbestemmelser har drevet vellykket erstatning av oljeslukningsmidler med vann-oppløselige polymermedier, spesielt for slitebestandige-materialer. "Vann i stedet for olje"-forsøk har utvidet bruken av polymerbråkjølingsmidler, redusert produksjonskostnadene og tilfredsstilt miljøkravene.
For svært strenge bråkjølingskrav er det bare uorganiske-saltløsninger som gir tilstrekkelig kjølekraft. for de fleste produksjonsapplikasjoner brukes imidlertid-vannløselige polymerer. Mekanismen deres er enkel: ved høye arbeidsstykketemperaturer avsettes polymeren fra den kokende løsningen og danner en film på overflaten. Denne filmen modererer varmeekstraksjon, senker den effektive kjølekapasiteten til badekaret og reduserer risikoen for quench-sprekker.
Vann-oppløselige polymerer faller inn i tre kildegrupper: naturlige polymerer (guargummi, xantangummi), semi-syntetiske polymerer (karboksymetylcellulose, hydroksyetylcellulose) og syntetiske polymerer som poly(etylenoksid) (PEO), natriumpolyakrylat (ACR) og polyalkylenglykol (PAG). Siden midten av -1900-tallet har nesten alle lett tilgjengelige vannløselige polymerer blitt evaluert i litteraturen, men bare tre familier er kommersielt etablert i dag: PAG, ACR (polyakrylat) og PVP.
4. PAG Quenchants
PAG er en kopolymer av etylenoksid (EO) og propylenoksid (PO); en vanlig vandig formulering inneholder omtrent 75 % EO og 25 % PO og viser en omvendt løselighet (skypunkt) over omtrent 75 grader. Over denne temperaturen brytes hydrogenbindingen mellom PO-segmentene og vann, polymeren utfelles på det varme arbeidsstykket, og den resulterende filmen bremser avkjølingen.
Fordi polyeterens hovedkjede er lineær og ikke har noen sidegrener, er dens termiske og kjemiske stabilitet markant høyere enn for polymerer av polyakrylamid-type. Polyetere produseres også ved anionisk polymerisasjon, som gir en smalere molekylær-vektfordeling enn fri-radikalpolymerisasjon. I bruk kan et korrekt vedlikeholdt PAG-bad - med konsentrasjonskontrollert og sirkulasjon opprettholdes for å forhindre bakterievekst - vare i mer enn 10 år, sammenlignet med slukkeolje. Dette er grunnen til at PAG er det mest brukte-vannløselige bråkjølingsmidlet.
PAG har imidlertid en begrensning for slitebestandige-materialer: Molekylvekten kan kun kontrolleres innenfor et smalt område, og PAG med ultra-høy-molekylær-vekt produseres ikke kommersielt ennå. Som et resultat forblir kjølehastigheten med lav-temperatur for PAG-bad relativt høy for sprekking av-sensitive materialer med høyt-karbonkrom. Økning av PAG-konsentrasjonen senker kjølehastigheten ved 300 grader fra omtrent 95 grader /s til 40 grader /s, men ytterligere reduksjon er vanskelig, og svært høye konsentrasjoner svekker kjøleens jevnhet.
5. ACR (natriumpolyakrylat) bråkjølingsmidler
I motsetning til kommersiell PAG, hvis molekylvekt er begrenset til titusenvis, når kommersielt natriumpolyakrylat (ACR) lett molekylvekter på millioner eller titalls millioner. En ACR-løsning med lav-konsentrasjon har derfor svært høy viskositet og betydelig redusert overflatespenning. Lavere overflatespenning senker den kritiske varmefluksen til løsningen og stabiliserer dampfilmen, forsinker filmkollaps og myker opp det første kjølesjokket.
Data fra kjøle-kurve viser at kjøleytelsen til ACR gjennom høy-temperaturstadiet (500–800 grader) nærmer seg den for luft-tåkekjøling. Denne milde høye-temperaturoppførselen reduserer den termiske-spenningssprekken av høy-karbonkromstøpe-jernkomponenter rundt 700 grader under bråkjøling - temperaturområdet der transformasjon og termiske spenninger topper seg.
6. Velge riktig medium
Høyt-manganstål:vannherdning er en løsningsbehandling, ikke en herdingskjøling - full vannkjøling brukes for å beholde den austenittiske strukturen.
Lavt-legert martensittisk slitestål:PAG eller hurtigolje; konsentrasjonen er innstilt til snitttykkelsen for å unngå myke flekker og samtidig begrense forvrengning.
Støpejern med høyt-karbon / høyt-krom:høy-molekylær-vekt ACR (eller PVP der filmstabilitet er kritisk) for å myke opp 500–800 graders scenen og redusere sprekker rundt 700 grader.
Store foringer og tykke seksjoner:rådfør deg med bråkjølingsleverandøren med delens geometri, herdbarhet og målhardhet; verifisere ved å kjøle-kurvetesting i henhold til ISO 9950 før produksjon.
Evaluering av kjøle-kurve av kjølemidler følger ISO 9950 (og de relaterte ASTM D6482 / D6200-metodene), som karakteriserer kjøleatferden til industrielle kjølemedier under standardiserte probeforhold.
7. Konklusjon
Varmebehandling av høy-karbon-slitasjebestandige-materialer bestemmes like mye av bråkjølingsmediet som av ovnssyklusen. Vann-oppløselige polymerkjølemidler - PAG for økonomi og stabilitet, ACR for sprekk-sensitive høy-karbon kromjern, PVP hvor filmstabilitet er avgjørende - tillater nå "vann i stedet for olje"-erstatning uten å ofre hardhet eller risikere sprekkdannelse. For ethvert slitasjebestandig produkt, fra slipekuler til freseforinger, bør bråkjølingsmediet velges med tanke på komponentens herdbarhet, seksjonsstørrelse og sprekkrisiko, og valideres ved standardiserte{10}kjølekurvetesting.
