ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА Российский патент 1996 года по МПК C21D1/60 

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к охлаждающим средам для закалки углеродистых и легированных сталей.

Для закалки легированных сталей в настоящее время в основном применяются минеральные масла, т.к. их охлаждающие свойства для закаливания являются оптимальными. Однако, применение минеральных масел в качестве закалочной среды имеет существенные недостатки, а именно:
значительное газовыделение при закалке;
пожароопасность;
деструкция (изменение свойств после нескольких операций закалки);
невозможность утилизации (после использования масло сжигают, что связано с дополнительными материальными затратами и нарушениями экологической безопасности окружающей среды.

Известна также закалочная среда (авт. св. СССР N 1427008, кл. C 21 D 1/60, пр. 09.10.85), содержащая воду, медный купорос и органическую добавку, в качестве которой используют концентрат сульфитно-дрожжевой бражки (КСДБ) при следующем соотношении компонентов, об. КСДБ 1,0 8,0; CuSO₄ 0,5 - 3,0; вода остальное.

В известном составе изменение содержания КСДБ в пределах 1 8% позволяет управлять скоростью охлаждения среды в широких пределах в зависимости от степени легирования и сложности конфигурации закаливаемых изделий.

Введение медного купороса в пределах 0,5 3,0% несколько снижает скорость охлаждения, но поскольку он является эффективным антисептиком, то вводится в среду для предотвращения образования плесени на поверхности среды. Известная среда не горюча, не токсична и безопасна при попадании на кожный покров, не содержит дефицитных и дорогостоящих компонентов.

Однако данная закалочная среда обладает рядом существенных недостатков:
низкая скорость охлаждения, что снижает эффективность от применения закалочной среды данного состава;
управление скоростью охлаждения среды путем процентного соотношения ее компонентов, что крайне неэффективно в случае, когда необходима регулировка скорости охлаждения в процессе закаливания конкретного изделия в интервалах перлитного и мартенситного превращения;
низкая стабильность охлаждающих свойств, а также недостаточная стойкость закалочной среды данного состава вследствие в нем добавки в виде концентрата сульфитно-дрожжевой бражки, разлагающегося в условиях высоких температур;
затруднения с дальнейшей утилизацией данного раствора, который вследствие наличия в нем медного купороса (и как его составляющей сеpы) не является экологически чистым; утилизация возможна путем дальнейшей технологической переработки, что связано с дополнительными материальными затратами.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением создание стабильной, эффективной и экономически чистой закалочной среды. Поставленная задача решается тем, что в закалочной среде, преимущественно для углеродистых и легированных сталей, содержащей воду и органическую добавку, в качестве органической добавки среда содержит фитопрепарат экстракт растительный конденсированный при следующем соотношении компонентов, об. фитопрепарат 8 8, вода остальное.

Предлагаемый состав закалочной среды практически достигает охлаждающих свойств минеральных масел. Охлаждающие свойства предлагаемой закалочной среды оценивали по кривым охлаждения цилиндрического образца диаметром 20 мм, длиной 100 мм из нержавеющей стали Х18Н10Т. В центр образца контактным способом вваривалась термопара. Стабильность охлаждающих свойств предлагаемой среды оценивали методом многократной закалки.

В таблице приведены данные о скорости охлаждения предлагаемой закалочной среды в зависимости от температуры.

В качестве органической добавки в закалочной среде использовали фитопрепарат "Эраконд" (экстракт растительный конденсированный), представляющий собой поликонденсат растительного экстракта (способ получения и состав защищены в заявке N 4736234/13-15, по которой получено положительное решение о выдаче патента Российской Федерации).

Как видно из таблицы в предлагаемом составе закалочной среды управлять скоростью ее охлаждения можно путем ее перемешивания или нагрева. Интенсивное перемешивание раствора при температуре 20^oC приводит к тому, что его охлаждающая способность становится близкой к охлаждающей способности воды при той же температуре. Перемешивание раствора на начальной стадии охлаждения и прекращение его перемешивания на последующих стадиях может позволить получить необходимую высокую скорость охлаждения в интервале перлитного превращения и относительно низкую вблизи точки начала мартенситного превращения. Регулировку скорости охлаждения можно также осуществить путем барботажа закалочной среды. Нагрев раствора до 60^oC вызывает дополнительное замедление охлаждения образца, особенно при температурах 550 400^oС.

Установлено, что лучшей охлаждающей способностью и наибольшей стабильностью в процессе эксплуатации обладает закалочная среда с 8 18%-м содержанием фитопрепарата.

Повышение или снижение концентрации фитопрепарата приводит к снижению свойств закалочной среды. таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:
повысить эффективность закалочной среды, т.к. имеется возможность в различных интервалах структурных превращений, в процессе закаливания детали управлять скоростью охлаждения среды не меняя процентное соотношение ее компонентов; получить стойкую закалочную среду с высокой стабильностью охлаждающих свойств (возможно десятикратное использование предлагаемого раствора в качестве закалочной среды); из таблицы видно, что даже после десятикратного использования, среда сохраняла свои охлаждающие свойства и было возможно ее дальнейшее использование; предлагаемая закалочная среда является экологически чистой и после прекращения ее использования в качестве закалочной, раствор можно применять в сельском хозяйстве в качестве биостимулятора для растений (данные об экологической чистоте фитопрепарата - экстракта растительного конденсированного и о возможных областях его применения подтверждены результатами испытаний, сведения о которых приведены в материалах вышеупомянутой заявки N 4736234/13-15). Кроме того, предлагаемая закалочная среда не содержит дорогостоящих и дефицитных компонентов, а промышленное производство фитопрепарата "Эраконд" освоено в полном объеме. ТТТ1

Использование: изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к охлаждающим средам для закалки углеродистых и легированных сталей. Технический результат: получение стабильной, эффективной и экологически чистой среды. Сущность: закалочная среда содержит воду и органическую добавку в виде фитопрепарата - экстракта растительного, конденсированного; соотношение компонентов, об.%: фитопрепарат - 8 - 18, вода - остальное. 1 табл. ТТТ1

Закалочная среда преимущественно для углеродистых и легированных сталей, содержащая воду и органическую добавку, отличающаяся тем, что в качестве органической добавки среда содержит фитопрепарат экстракт растительный конденсированный при следующем соотношении компонентов, об.

Фитопрепарат 8 18
Вода Остальное