Badania wpływu temperatury na zdolność chłodzącą wybranych olejów hartowniczych

W pracy przedstawiono wyniki analizy wpływu temperatury pomiaru na parametry zdolności chłodzącej dwóch mineralnych olejów hartowniczych: OH70 i Houghto-Quench C140 , oraz oleju roślinnego bioTemproil. Zakres temperatur pomiaru wynosił 20-100°C.

Wśród środków ciekłych stosowanych do hartowania stali ważną rolę odgrywają mineralne oleje hartownicze. Hartowanie przedmiotów stalowych w tych chłodziwach zmniejsza niebezpieczeństwo powstawania pęknięć hartowniczych ze względu na mniejszą – w porównaniu z wodą – szybkość odprowadzania ciepła. W praktyce przemysłowej w przeważającej większości stosowane są mineralne oleje hartownicze, będące produktami przeróbki ropy naftowej. Obecnie do produkcji przemysłowej wprowadzane są również oleje roślinne. Ich znaczenie wzrasta ze względu na zmniejszenie, w porównaniu z olejami mineralnymi, szkodliwego wpływu produkcji na środowisko oraz ich korzystne charakterystyki chłodzenia [1]. Ich zasadniczą zaletą jest to, że podczas oziębiania generują mniejsze – w porównaniu z wodą – naprężenia cieplne w hartowanym przedmiocie. Zmniejsza to ryzyko powstawania pęknięć hartowniczych. Ze względu na mniejszą szybkość chłodzenia oleje są stosowane do hartowania stali o większej hartowności. Szeroki opis rodzajów i własności termokinetycznych olejów hartowniczych przedstawiony jest w pracach [2, 3].

Hartowanie stali ma na celu uzyskanie struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Efekt hartowania zależy od zdolności chłodzącej ośrodka oraz od hartowności stali. Zdolność chłodząca ośrodka jest oceniana na podstawie zmian temperatury znormalizowanej próbki oziębianej w określonym ośrodku chłodzącym. Obecnie do oceny zdolności chłodzącej olejów najczęściej stosuje się metodę przedstawioną w normie ISO 9950 [4]. Badania realizowane są przy wykorzystaniu testera ivf SmartQuench [5]. Wynikiem pomiaru jest zależność temperatury T, środka próbki testowej od czasu chłodzenia τ. Na jej podstawie określane są takie parametry jak: maksymalna szybkość chłodzenia (v_max), temperatura osiągnięcia maksymalnej szybkości (T_vmax), szybkość chłodzenia przy temperaturach 550°C i 300°C (v₅₅₀ i v₃₀₀), temperatury przejścia od fazy powłoki gazowej do fazy wrzenia pęcherzykowego (T_vp) oraz od fazy wrzenia do fazy konwekcyjnej wymiany ciepła (T_cp).

Jedną z miar zdolności chłodzącej oleju jest współczynnik HP (ang. hardening power), obliczany według wzoru (1) [3]:

HP = 91,5 + 1,34T_vp + 10,88v₅₅₀ – 3,85T_Cp (1)

Parametr ten wprowadzony przez Segerberga [6] jest związany z uzyskiwaną po hartowaniu twardością. Im wyższa wartość HP, tym wyższa twardość hartowanej stali. Można zauważyć, że parametr ten zależy od szerokości okresu wrzenia pęcherzykowego chłodziwa. Zachodzi ono pomiędzy temperaturami T_vp i T_cp, oraz od szybkości chłodzenia przy temperaturze 550°C. Ważną charakterystyką zdolności chłodzącej wykorzystywaną przy modelowaniu procesu hartowania jest zależność współczynnika przejmowania ciepła (α) od temperatury powierzchni elementu pomiarowego (T_p), obliczana na podstawie wyników pomiaru: T = f(czas) [7].

Podstawowymi czynnikami wpływającymi na zdolność chłodzącą oleju są skład chemiczny oraz szybkość jego ruchu. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na zdolność chłodzącą oleju jest jego temperatura. W przypadku olejów mineralnych wpływ ostatniego czynnika jest słabszy. Brak jest jednak szerszych badań dotyczących wpływu temperatury na zdolność chłodzącą olejów.

Celem niniejszej pracy była analiza wpływu temperatury pomiaru na zdolność chłodzącą dwóch olejów mineralnych (OH70,
Houghto-Quench C140 – dalej oznaczono jako HQ140) oraz oleju roślinnego bioTemproil (dalej oznaczono jako Bio).

Galeria

Zobacz więcej