Способ оценки охлаждающей способности закалочных сред Советский патент 1983 года по МПК C21D1/56 

Изобретение относится к термической обработке метащюв и может быть иопо/гьзовано при опенке охлажавющей способности закалочных сред, В основе соадаяия закалочных сред лежит исключительно эмпирический метод поиска, основаниьгй на мнОгочиоленных пробах. Известен способ оценки охлая дающей способности закало О1Ьос жидкостей, так называемый метод серебряного , шарика состоящ{1й в изучении изменений темпера туры в зависимости от времени, с помощью термопары, помещенной в центре серебряного шарика диаметром 2О мм, .предварительно нагретого до темпе рату- ры аустепизации и погруженного в испытуемую закалочную жидкость при определенной температура, скорости циркуляции ио&ьеме жидкости. Метод имеет раз новицности, когда вместо серебряного ис пользуется мвдньй, никелевый шарик или шарик из-аустенитной стали. Метод позволяет оценить скорости охлаждения в дашюй закалочной жидкости и получить значения кризисов кипения, характеризующих переход от одного режима кипения к другому . Однако при этом методе характер- п(лучаемых кривых, т.е. скорости охлаиодения, .температуры кризисов кипения сильно зависят от материала шарика, его размеров, степени окисления его поверхности и контакта термопары с материалом шарика. Кроме того, поскольку , скорости охлаждения и температуры кризисов кипения жидкостей сильно зависят от концентраций вводимых в них добавок, приходится для оценки охлажйакидей способности снимать целый ряд кривых охлаждения в широком циапа юнб концентраций, что занимает много време ни, порядка недоли., Известен способ испарительного охлаждения, применяемый для оценки рхпвждаюшей, способности жидкостев, который определяет процолжительность кидкостнг в эавиоимости от гемпературы, В случае : встревая мелких капель при фиксированной температуре поверхноста нагрева наблюдается постоянство отношения, гдеТ полное время испарения кайли;, и- ее яачалы1ый дйамет; Испаренве жидкосш иослеоуется на открытых, горизонтально расположенных пластинах нэвержавеюшей стали, нагреваемьЁх до д5О-4ОО С. В ходе ио парения наблюдается несколько характерных критических Фемператуиных точек, пр которых кривая ТГ f (-fc ) претерпевает резкие изменения: , - температура насышенного пара; Тц,кх. температура нижнего кризиса кипения; Tgick верхнего кризиса кипения 2. Однако этот метод отличается очень большой длительностью (от одной недели до одного месяца) и возможностью исследования сравнительно узкого интервала температур от 20-4ОО с. Цель изобретения - упрощение про- цесса оценки охлаждающей способности закалочных сред, и сокращение его длительности. Поставленная цель достигается тем, что снимают термогравиметрические кривые закалочной среды и по температурным интервалам эндо- и экзоэффек- тов оценивают охлаждающую способность данной среды, причем снимают термогравиметрические кривые добавок, вводимые в основу, или концентрата охлаждающей средьц Добавки, вводимые в основу, могут представлять собой сухую соль, а также водо- и маслорастворимые полимеры. Способ основан на том, что вещества, .вводимые в закалочные жидкости, например в воду в вице добавок, не только изменяют их температуры кипения, но и сами в условиях высоких температур, наблк даемых в процессе закалки, способны претерпевать множество физико-химических превращений. К ним оттосятся: плавление, реакция иегидратации, диссоциаии, разложения, окисления, восстанов- леиия и т.д.. Эти реакции идут с изменением энтальпии, сопровождаются вьзделе- иием или. поглощением тепла .В услобиях повышения концентрации добавки на границе раздела, металл жидкость - пар, при интенсивном испарении закалочной жидкости эти тепловые эффекты превращения могут быть весьма значительными и создавать в поверхностном слое как бы встречный тепловой поток. . Появление значительного эндоэффекта при фйзикогцхимических превращениях аобавк способно привести к увеличению скорости теплопередачи 0 данном интервале температур, °И напротив, выделение значительного количества тепла в )кидкости приводят к уменьшению теплоотдачи со стороны металла уменьшения градиента температур между поверхностью металла и жидкостью. В эавясиКлости от концентрации добавки эти 94 , факты могут быть большими или меньшийми и соответственно атому смешаются температуры критические параметров )си пения «THKK и Tj,), Способ оценки охлажовюшей способ ностизакалочных бред состоит в нагре ЬанИИ вещества от 20 С ао температу- аустенизации металла (850-ieOO C) с одновременной записью аифференциаль ных термических кривых. Тёмгюратурные интервалы эндо- и экзоэффектов, возвика ющих при нагревании добавки, представляют собой интерваль, в пределах ко« . торых колеблются значения кризисов пения растворов этой добавки различной концентрации. Характер наблюдаемого эндо- и экзотермического эффекта указывает на то, будет ли в этом интервале температур уменьшаться или увели1иваться скорость охлаждения в растворах с этой добавкой. Температуры максиму;мов эффектов совпадает с температурами максимумов или минимумов скоростей охлаждения. Таким образом,. предлагаемый способ позволяет не только быстро ( qa 2 ч) установить температурные интервалы критических па раметров кипения растворов исследуемого вещества любых концентраций, но позволяет быстро оценить пригодность того или иного вещества в качестве добавки к закалочным жидкоетям., Температуры кри;зисов кипения, мини- мумов и максимумов скоростей охлаждения, полученные по предлагаемому способу, хорощо согласуются с данными, полученными извест«ыми методами. Для исслецования добавок применялся дериватограф, представляющий собой многофункциональную систему, позволяющую на одной ленте получить кривую ТГ (зависимость изменения массы от температуры), ДТА (кривую сравнения терми-, ческих свойств образца исследуемого вещества и эталона ), ДТГА (кривую, характеризующую скорость потери массы я V Ж1«Э J KU V -V4«|. Ж U fVlMWOJPI т( -fc) И Т (температурную кривую). На фиг. 1 приведена зависимость продолжительности испарения капли 0,5%водного раствора алкилрульфатов синте- тических жирных спиртов С - от температуры поверхности; на фиг. 2 дериватограмма алкилсульфато синтетических жирных спиртов - (сухйя соль), ДТГ - 1/30, ДТА - 1/10, масса40О мг, скорость нагрева ХОС/мин эталон - окись алюминия; на фиг. 3 дериватограмма концентрата полик ертой среды Османил Ej., ДТГ-1/30,, ДТА.4./5, ТГ-1ООО мг, масса 400 мг, скорость нагрева 10 С/мич, эталон |жись алюминия; на фиг. 4.- зависи мость с1(Орости охлаждения от темпера туры в центре шарика, (кривая 1 - аио тиллирбванная вода} 2 масло; 3 .6%-й раствор Османил-Е 2, 4 - 15%-«ый раствор Османид ) на фиг. 5 дериватограмма концаитрата эмульсии КубирврЛэми 3952, ДТГ-1/30 ДТА-1/1О, ТГ-ЮОО мг, wacca 700 мг, скорость нагрева Ю С/мин, эталон ,, окись алюминия; на фиг, 6 -зависимость скорости сяслаждения от температу м 1 в центре шарика цля эмульсии KyiSHpaiv- . Хэми 3952 различной концентра ции в рравнении с маслом /ЙО-20, в %: кривая 1 - концентрация эмульдни 5, 2 - концентрация эмульсии 10, 3 - концентрация эмульсии 15,4 - масло ИС-20. Пример 1 . При исследовании 0,5%-го раствора аЛкилсупьфатов ринте тических HtHpHbtx спиртов С. - C.g иэ вестным методом испарительного охлаждения установлено, что npii капля раствора растекается по поверзшости, испарение идет только с поверхности При 120 С наблюдается интенсивное кн.. пение, т.е. температура насыщенного в интервале 11О-120 С (фиг. 1). Исследованиэ сухой соли алкилсульфатов синтетических жирных спиртов Qu,С с помощью снятия термогравиметрических кривых показывает, что темпе. ратуре liO-12OC соответствует начало первого эндотермического эффекта на кривой ДТА (фиг. 2). М|шимальная продолжительность испарения наблюдается при 13О-150 С, что соответствует мак- симуму первого эндотермического пика (фиг. 2). При 20О С наблюдается переход к неустойчивому сфероидальному кипению и значительное увеличение продолжительности испарения. При дальнейшем повьшении температуры продолжительно- сть испарения увеличивается, достигая максимума при 23СгС. 190-230 G первый экзотермический эффект на кривой ДТА. В интервале 2 40-260Ъ про-. должительнбсть испарения не изменяется, но свьш1е незначительно уменьшается, что соответствует второму небольшому эндоэффекту на кривой ДТА ... (фиг. 2). Выше 290С наблюдается незначительное увеличение продолжительности испарения в полном соответствии о появлением второго экзотермического

эффекта. Таким обрезом, е нижнем интер вале- температур, который исслеауется методом испарительного охлаждения, всем экзоэффектам кривой ДТА на дерива тогромме сухой соли алкилсульфатов5

соответствует увеличение продолжительности испарения капли О,5%гч раствора, и наоборот, эндоэффектам ДТА соответствует увеличение скорости испарения капли.to

Пример 2 . Зависимость темпе ратур максимумов или минимумов ско- ростей охлаждения растворов вещества от появления эндо или экзоэффекта на дери- ватограмме прк нагревании этого вещест 5 ва подтверждается на примере концент рата полимерной среды Осмииил Е. . Появлению экаоэффекта на кривой ДТА (фиг. 3) соответствует уменьшение око- л. рости охлаждения именно в этом интерва-20 ле температур 200-37б°С (фиг. 4).

П р и м. е р 3 . Полученная зависи- мость подтверждается и на эмульсии масловоца, например на эмульсии Ку- бирер - Хэми 3952 (фиг. 5 и 6). Кривая;: 25 скоростей охлаждения практически совпа дает с кривой ДТА эмульсии.

Длительность испытания методом шарика составляет примерно одну неделю, испарительного охлаждения - от неде- 30

ли до месяца, а методом снятия термогравиметриЧеских кривых - несколько часов.

Упрощение процесса исследрвания охлаждающей способности закалочных сред . снятия термогравиметрических кривык обусловлено тем, что получают данные о протекающих в исследуемой среае эндотермических и экзотермических эффектах. Эндотермические эффекты обуславливают интенсификацию охлаждения в данном тепературном интервале, а экзотермические эффекты - замедление охлаждения. Таким о разом, установление их температурного положения указывает возможные интервалы интенсивного охлаждения при закалке и интервалы, в которых скорость охлаждения уменьшается, достигая минимума.

Таким образом, предлагаемый способ оценки охлаждающей способности зака- сред позволяет производить проверку закалочных сред, не прибегая к методам пробной закалки образцов или определению закаливаемости стали, вне зависимости от типа среды: водных раст воров солей или полимеров, тех и других вместе, полимеров с добавками поверхно стно-актирд1ых веществ, чистых нефтяных масел или закалочных масел со специальными добавками, эмульсий масловода с различивши добавками.

1до mmsso т sso е

I I I I-r I I I I

т

1028728

S60

Q W0130 mm

1028728

1. СПОСОБ ОЦЕНКИ . ДАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАКАЛОЧНЬЦС . СРЕД, о т я и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения процесса, снимают термогравиметрические кривые закалочной среды и по температурным интервалам энао- и экзоэффектов оценивают охлаждающую способность данной среды. ::i -; ff. & 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - ш и и с я тем, что снимают термографи метрические кривые добавок, вводимых в основу. 3.Способ по п. 2, о т п и ч а щ и И с я тем, что снимают тёрмогравйметрическяе кривью сухой соли. 4. Способ по п. 2, отличе(ю - щ и и о я тем, чтоснимают термогравиметрическйв кривые водорастворимых по/янй еррв.., , б. Способ по п. 2, о т л R ч а ю ш и и с я тем, что снимают термогравиметрические Кривые малорастворимых полимеров. 6, Способ по п. 1, о т л и ч а ю I щ я и с я. тем, что снимают термограви(О метрические.кривые концентрата охлажс дающей среды. К) 00 ю СП 100 i20 ш ш 180 ш 22В ПО 260 280 ЗОб iC ..fui.l