СИНТЕТИЧЕСКАЯ ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА Советский патент 1995 года по МПК C21D1/60 

Изобретение относится к термической обработке, конкретнее к закалочным средам, и может быть использовано в различных областях машиностроения, в частности в атомном машиностроении и котлостроении для закалки изделий атомных электростанций.

Целью изобретения является повышение срока службы среды при сохранении высокого качества закалочных свойств.

Устойчивость среды обусловлена введением в раствор, содержащий карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), хлористый натрий (NaCl), азотнокислый натрий (NaNO₃), алифатического имина в сочетании с соляной кислотой.

Введение алифатического амина приводит к резкому торможению процесса гидролиза за счет подавления имином каталитического воздействия ионов железа, переходящих в раствор из материалов закаливаемых изделий и закалочных баков, на процесс гидролиза и деструкции позволяет сохранить более длительное время заданную степень полимеризации полимера, его вязкость, охлаждающую способность. Кроме того, алифатический имин проявляет антисептические свойства, препятствует протеканию биологического разложения полимера в растворе, а его повышенная температура разложения (в сравнении с алкофеном) приводит к термоустойчивости закалочной среды.

Термоустойчивость, отсутствие биологического разложения повышает устойчивость закалочной среды, что приводит к получению стабильных результатов при закалке.

Минимальное и максимальное содержание в среде алифатического имина соответствуют 0,001 и 0,005 мас. Содержание в закалочной среде алифатического имина менее 0,001% снижает продолжительность использования среды. Оптимальное содержание имина соответствует 0,003% и дальнейшее повышение имина не приводит к повышению устойчивости среды.

Для повышения устойчивости среды наряду с имином вводится соляная кислота, которая способствует снижению степени гидролиза находящейся в растворе Na-КМЦ. Кроме того, соляная кислота в процессе длительного использования закалочной среды поддерживает нейтральность раствора (рН 7), что также является одним из необходимых требований, предъявляемых к синтетическим закалочным средам.

Только при содержании в растворе соляной кислоты с плотностью 1,69 г/см³ в пределах 0,001-0,003% усиливается подавление гидролиза. Содержание кислоты в растворе менее 0,001% оказывается недостаточным для затормаживания гидролиза Na-КМЦ. Содержание в растворе кислоты более 0,003% приводит к коррозии охлаждаемых изделий, металла закалочных баков и, как следствие, к загрязнению раствора полимера продуктами окисления железа, сокращению срока использования закалочной среды, снижению ее охлаждающей способности.

Для повышения устойчивости описываемой среды используют не КМЦ, которая легко окисляется, а более устойчивую к окислению натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы.

NaCl и NaNO₃ позволяют регулировать охлаждающую способность среды.

Содержание в растворе хлористого натрия ≥ 12,0% не позволяет получать требуемые механические свойства металла, например σ_13, σ_0,2, а_н, высокие значения твердости. Этому способствует то обстоятельство, что только при концентрациях в растворе хлористого натрия 12,0% исчезает период пленочного кипения, повышается скорость охлаждения металла в растворе в интервале 800-350^оС.

Повышение содержания хлористого натрия в среде до 26,4% (концентрация насыщения NaCl при 20^оС) не приводит к изменению охлаждающей способности среды, что снижает скорость охлаждения металла в интервале температур мартенситного превращения 300-100^оС.

Содержание в среде азотнокислого натрия (NaNO₃) ниже 0,5% не оказывает заметного экзиматического действия, а более 1,0% приводит к выделению продуктов разложения. Оптимальная концентрация NaNO₃, повышающая устойчивость закалочной среды и не влияющая на охлаждающую способность среды, должна соответствовать 0,5-1,0%
Верхний концентрационный предел Na-КМЦ в синтетической закалочной среде (6% ) обусловлен максимальным растворением полимера в воде (20^оС), а нижний (2%) необходимой скоростью охлаждения металла, при которой на изделиях отсутствуют закалочные трещины.

Составы закалочной среды приведены в табл. 1. В табл. 2 приведены сравнительные данные устойчивости и механических свойств изделий после обработки в описываемом и известном составах закалочных сред.

Таким образом, применение описываемых составов закалочной среды повышает продолжительность (устойчивость) использования среды в четыре раза по сравнению с известной при высокой работоспособности (количество металлов, охлажденного в 1 л раствора) и высоком качестве термической обработки. Это подтверждается высокими механическими свойствами металла, см. табл. 2.

Описываемая среда прошла испытание по поковках из стали 12Х1М1Ф весом 16,6 т.

Результаты испытаний подтвердили устойчивость среды, ее работоспособность, постоянство свойств, позволяющее получать высокое и стабильное качество термообработки металла.

1. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА, содержащая деполимеризованный полимер натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы, хлористый натрий, азотнокислый натрий и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы среды, она дополнительно содержит алифатический имин и соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.

Деполимеризованный полимер натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы 2,0 6,0
Хлористый натрий 12,0 26,4
Азотнокислый натрий 0,5 1,0
Алифатический имин 0,001 0,005
Соляная кислота (плотность 1,169 г/см³) 0,001 0,003
Вода Остальное
2. Среда по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алифатического имина она содержит N-бутилиденаллиламин.