Оптимізація процесу охолодження під час гартування сталі у водних розчинах поліалкіленгліколю
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.247736Ключові слова:
процес гартування, число Кондратєва Kn, час охолодження, хімічний склад, водні розчини поліалкіленглiколя (ПАГ)Анотація
Об’єктом досліджень є водні розчини поліалкіленглiколя (ПАГ), що застосовуються в якості гартувальних середовищ. Гартувальні середовища тестують за допомогою стандартного циліндричного зразка, виготовленого з матеріалу Інконел 600. Основною та не вирішеною проблемою є перехід від стандартного зразка до реальної деталі, що дасть змогу робити інженерні розрахунки. Приймаючи це до уваги, в роботі досліджені охолоджуюючі здібності ПАГ різної концентрації та підкреслена можливість характезувати інтенсивність гартування числом Кондратєва Kn, яке змінюється в межах 0≤Kn≤1 при зміні узагальненого числа Біо Biv в інтервалі 0≤Biv≤∞. Головним результатом досліджень є кореляція між числом Kn стандартного зразка та реального виробу, яка в більшості випадків при відсутності плівкового кипіння представляє собою лінійну залежність. Це дає змогу оптимізувати процес гартування: отримати стискні залишкові напруги на поверхні загартованих виробів, заощадити легуючі елементи, та покращити екологію. Досягається це за рахунок належного вибору сталі, яка забезпечує оптимальну глибину гартування. Згідно патенту України № 114174, хімічний склад сталі узгоджується з формою та розмірами виробу. Також число Kn дає змогу приривати процес охолодження в момент досягнення максимальних стискних напруг на поверхні загартовуваних виробів, що суттєво збільшує якість гартування. Прерване охолодження запобігає також утворенню гартувальних мікротріщин та зменшує деформацію загартованих виробів. Отримані результати досліджень можуть бути корисними для інженерів на виробництві та науковцям для подальших досліджень.
Посилання
- ASTM D6482-06(2016). Test Method for Determination of Cooling Characteristics of Aqueous Polymer Quenchants by Cooling Curve Analysis with Agitation (Tensi Method). (2016). ASTM International. doi: https://doi.org/10.1520/d6482-06r16
- Tensi, H. M., Stich, A., Totten, G. E.; Totten, G. E., Howes, M. A. H. (Eds.) (1997). Quenching and Quenching Technology. Heat Treatment of Steel Handbook. NY: Marcel Dekker, 157–249.
- Totten, G. E., Bates, C. E., Clinton, N. A. (1993). Polymer Quenchants. Handbook of Quenchants and Quenching Technology. OH: ASM International, Materials Park, 161–190.
- Tamura, I., Shimizu, N., Okada, T. (1984). A method to judge the quench-hardening of steel from cooling curves of quenching oils. Journal of Heat Treating, 3 (4), 335–343. doi: https://doi.org/10.1007/bf02833127
- Moore, D. L., Crawley, S. (1994). Applications of «Standard» Quenchant Cooling Curve Analysis. Materials Science Forum, 163–165, 151–158. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.163-165.151
- Kobasko, N., Aronov, M., Powell, J., Totten, G. (2010). Intensive Quenching Systems: Engineering and Design. ASTM International, 234. doi: https://doi.org/10.1520/mnl64-eb
- Kobasko, N. (2018). Optimal hardenability steel and method for its composing. Lambert Academic Publishing, 124. ISBN: 978-613-9-82531-8.
- Beck, J. V., Blackwell, B., St. Clair Jr., C. R. (1985). Inverse Heat Conduction: Ill-Posed Problems. New York: Wiley-Interscience, 308.
- Kondrat'ev, G. M. (1957). Teplovye Izmereniya [Thermal Measurements]. Moscow: Mashgiz, 250.
- Lykov, A. V. (1967). Teoriya Teploprovodnosti [Theory of Heat Conductivity]. Moscow: Vysshaya Shkola, 596.
- Kobasko, N., Guseynov, Sh., Rimshans, J. (2019). Core Hardness and Microstructure Prediction in Any Steel Part: Microstructure Prediction. Lambert Academic Publishing, 104. ISBN: 978-613-9-94751-5
- Grossmann, M. A. (1964). Principles of Heat Treatment. Ohio: American Society for Metals, 303.
- French, H. J. (1930). The Quenching of Steels. Cleveland, OH: American Society for Steel Treating, 177.
- Kobasko, N. (2019). Uniform and Intense Cooling During Hardening Steel in Low Concentration of Water Polymer Solutions. American Journal of Modern Physics, 8 (6), 76–85. doi: https://doi.org/10.11648/j.ajmp.20190806.11
- Tensi, H. M. (1992). Wetting Kinematics. Theory and Technology of Quenching. Berlin, Heidelberg: Springer, 93–116. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-01596-4_5
- Tolubinsky, V. I. (1980). Heat Transfer at Boiling. Kyiv: Naukova Dumka, 316.
- Kobasko, N. (2015). Sposib intensivnogo gartuvannya metalevikh virobiv. Ukrainian patent UA No. 109572. Filed on July 7, 2013. Published on September 10, 2015. Bulletin 7. Available at: https://uapatents.com/5-109572-sposib-intensivnogo-gartuvannya-metalevikh-virobiv.html
- Logvynenko, P., Moskalenko, A. (2020). Impact Mechanism of Interfacial Polymer Film Formation in Aqueous Quenchants. International Journal of Fluid Mechanics & Thermal Sciences, 6 (4), 108–123. doi: https://doi.org/10.11648/j.ijfmts.20200604.12
- Kobasko, N. I., Moskalenko, A. A., Logvinenko, P. N., Dobryvechir, V. V. (2019). New direction in liquid quenching media development. Thermophysics and Thermal Power Engineering, 41 (3), 33–40. doi: https://doi.org/10.31472/ttpe.3.2019.5
- Liščić, B. (2016). Measurement and Recording of Quenching Intensity in Workshop Conditions Based on Temperature Gradients. Materials Performance and Characterization, 5 (1), 209–226. doi: https://doi.org/10.1520/mpc20160007
- Waldeck, S., Castens, M., Riefler, N., Frerichs, F., Lübben, Th., Fritsching, U. (2019). Mechanisms and Process Control for Quenching with Aqueous Polymer Solutions∗. HTM Journal of Heat Treatment and Materials, 74 (4), 238–256. doi: https://doi.org/10.3139/105.110387
- Bhadeshia, H. K. D. H. (2015). Bainite in Steels: Theory and Practice. CRC Press, 616. doi: https://doi.org/10.1201/9781315096674
- Liscic, B., Tensi, H. M., Canale, L. C. F., Totten, G. E. (Eds.). (2010). Quenching Theory and Technology. CRC Press, 725. doi: https://doi.org/10.1201/9781420009163
- Kerekes, G., Kocsis, M., Felde, I. (2014). The join effect of temperature, agitation and concentration on the cooling power of a waterbased polymer quenchant. European Conference on Heat Treatment and 21st IFHTSE Congress, 12–15 May 2014, Munich, Germany, 261–266.
- Canale, L. de C. F., Totten, G. E. (2005). Quenching technology: a selected overview of the current state-of-the-art. Materials Research, 8 (4), 461–467. doi: https://doi.org/10.1590/s1516-14392005000400018
- Landek, D., Liščic´, B., Filetin, T., Zupan, J. (2014). Selection of Optimal Conditions for Immersion Quenching. European Conference on Heat Treatment and 21st IFHTSE Congress, 12–15 May 2014, Munich, Germany, 187–195.
- Landek, D., Župan, J., Filetin, T. (2012). Systematic analysis of cooling curves for liquid quenchants. International Heat Treatment and Surface Engineering, 6 (2), 51–55. doi: https://doi.org/10.1179/1749514812z.00000000019
- Kozdoba, L. A., Krukovskiy, P. G. (1982). Metody resheniya obratnykh zadach teploperenosa [Methods of Solving Inverse Heat Conduction Problems]. Kiev: Naukova Dumka, 360.
- Alifanov, O. M. (1875). Outer Inverse Het Conduction Problems. Engineering Physics Journal, 29 (4), 13–25.
- Banka, A., Franklin, J., Li, Z., Ferguson, B. L., Aronov, M. (2008). CFD and FEA Used to Improve the Quenching Process. Heat Treating Progress, 9, 50–56.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Nikolai Kobasko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
