Badania wpływu temperatury na zdolność chłodzącą wybranych olejów hartowniczych
Materiał i metodyka badań
Do badań wykorzystano próbki dwóch mineralnych olejów hartowniczych: OH70 i HQ140, oraz oleju roślinnego Bio. Próbka oleju OH70 została pobrana z wanny hartowniczej (olej eksploatowany) i podzielona na dwie części. Do jednej z nich wprowadzono dodatek intensyfikujący zdolność chłodzącą oleju Fast Quench Additive 100 (3%). W dalszej części jest ona oznaczona jako OH70+Dodatek. Próbki olejów HQ140 oraz Bio były w stanie nieeksploatowanym.
Badania wpływu temperatury chłodziwa na jego zdolność chłodzącą zostały przeprowadzone za pomocą urządzenia Ivf Smart Quench zgodnie z normą ISO 9950 [4]. Zastosowano 5 temperatur: 20, 40, 60, 80 i 100°C. Wyniki pomiaru zaprezentowano w postaci wykresów zależności temperatury od czasu chłodzenia elementu pomiarowego T = f(czas) oraz temperatury od szybkości chłodzenia T = f(v). Za pomocą autorskiego programu IHCP obliczano zależność współczynnika przejmowania ciepła, α, w funkcji temperatury powierzchni elementu pomiarowego α = f(Tp). Opis programu i metodyka obliczeń współczynnika ciepła (α) przedstawione są w pracy [7].
Wykorzystując autorski program komputerowy Heat_Treat [8], przeprowadzono symulację procesu hartowania elementu stalowego w kształcie walca o wymiarach: d = 400 mm, h = 1000 mm, przy zastosowaniu uzyskanych charakterystyk zdolności chłodzącej, α = f(Tp) oleju mineralnego HQ140 i roślinnego Bio dla dwóch temperatur oleju: 20 i 100°C.
Wyniki badań
Wpływ temperatury na charakterystyki chłodzenia olejów hartowniczych
Rys. 1-5 przedstawiają porównanie charakterystyk chłodzenia T = f(czas) i T = f(v) olejów hartowniczych przy różnych temperaturach.
Porównanie charakterystyk chłodzenia olejów OH70 i OH70+Dodatek przy temperaturze 60°C przedstawia rys. 3.
Porównanie charakterystyk chłodzenia olejów OH70 i OH70+Dodatek przy temperaturze chłodziw 60°C pozwala stwierdzić, że dodatek intensyfikujący podnosi szybkość chłodzenia w wyższych temperaturach, powyżej 500°C, w niższych zaś ją obniża. Jest to bardzo korzystne ze względu na powstające naprężenia cieplne.
Jak widać, w przypadku olejów mineralnych OH70 i HQ140 temperatura oleju umiarkowanie wpływa na szybkość chłodzenia. Temperatura ta wpływa silniej na szybkość chłodzenia oleju roślinnego Bio. Ze wzrostem temperatury oleju rośnie szybkość chłodzenia w wyższych temperaturach. Maleje ona w niższych, szczególnie w zakresie temperatur, w których w stali zachodzi przemiana martenzytyczna. Jest to bardzo korzystne ze względu na powstające podczas hartowania naprężenia cieplne i strukturalne. Przy wzroście temperatury oleju Bio zanika okres powłoki gazowej.
Wpływ temperatury na współczynnik przejmowania ciepła α olejów hartowniczych
Na podstawie zmierzonych eksperymentalnie zależności T = f(τ) elementu pomiarowego chłodzonego w olejach od temperatury 850°C obliczono zależności współczynnika przejmowania ciepła a od temperatury powierzchni (Tp). Wyniki analizy przedstawiono na rys. 6.
Jak widać, najsilniejsze zmiany zależności współczynnika przejmowania ciepła a od temperatury powierzchni (związane z temperaturą chłodziwa) występują w oleju Bio, natomiast mniejsze – w olejach mineralnych.
Zestawienie wybranych parametrów zdolności chłodzącej badanych olejów hartowniczych przedstawiono w tab. 1.
Symulacja procesu hartowania przy wykorzystaniu uzyskanych zależności α = f(Tp) dla olejów HQ140 i Bio
Na rys. 7 przedstawiono porównawcze wyniki symulacji procesu hartowania walca o średnicy d = 400 mm i wysokości h = 1000 mm wykonanego ze stali 41Cr4. Obliczenia obejmowały symulację hartowania w oleju mineralnym HQ140 i roślinnym Bio, przy dwóch skrajnych temperaturach chłodziw: 20 i 100°C.
Wyniki symulacji hartowania pozwalają stwierdzić, że temperatura oleju roślinnego silniej wpływa na pole temperatury hartowanego przedmiotu w porównaniu z olejem mineralnym. Na podkreślenie zasługuje fakt, że przy temperaturze chłodziwa równej 20oC olej roślinny Bio szybciej chłodzi hartowany przedmiot w porównaniu z olejem mineralnym HQ140 (rys. 7c). Na uwagę zasługuje przedstawiony na rys. 7b efekt temperatury oleju Bio na szybkość chłodzenia walca stalowego. W zakresie temperatur powyżej 500°C temperatura przedmiotu chłodzonego w oleju o temperaturze 100°C spada znacznie szybciej niż w przypadku oleju o temperaturze 20°C. Natomiast w zakresie temperatur, w których zachodzi przemiana bainityczna, występuje efekt odwrotny – olej o wyższej temperaturze chłodzi znacznie wolniej.
Podsumowanie zdolności chłodzącej wybranych olejów hartowniczych
Zdolność chłodząca stosowanych podczas hartowania stali ośrodków ciekłych ma zasadniczy wpływ na powstającą podczas hartowania mikrostrukturę determinującą własności mechaniczne. Mikrostruktura stali po hartowaniu zależy od jej składu chemicznego oraz od szybkości chłodzenia i temperatury hartowania. Skład chemiczny stali oraz wielkość ziarna austenitu determinują jej hartowność. W celu uzyskania pożądanej mikrostruktury stali konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego stosuje się różne ośrodki ciekłe, takie jak: woda, roztwory wodne soli, zasad, polimerów, oleje hartownicze, kąpiele solne i metalowe oraz ośrodki fluidyzowane. Szerokie zastosowanie olejów w praktyce obróbki cieplnej stali wynika z ich szczególnej zdolności chłodzenia. Zapewnia ona znaczne zmniejszenie występowania odkształceń i pęknięć hartowniczych chłodzonych w nich przedmiotów.
Galeria
Mogą zainteresować Cię również

Innowacyjne rozwiązania dla przemysłu – zapraszamy na nasze stoisko podczas targów STOM 2025!
Już niebawem spotkamy się na jednym z najważniejszych wydarzeń branży obróbki metalu – targach STOM w Kielcach. To wyjątkowa okazja, by w jednym miejscu zobaczyć najnowsze technologie, sprawdzić innowacyjne maszyny w akcji i porozmawiać z ekspertami, którzy na co dzień wspiera...
Transformacja polskiego przemysłu stalowego na europejskim rynku stali. Długofalowe zmiany rynkowe w ujęciu historycznym, cz. II
Z artykułu dowiesz się: czy jest szansa na obniżenie energochłonności w hutach w Polsce; czy przemysł hutniczy inwestuje w innowacyjne rozwiązania;

Innowacje w sercu targów Fastener Fair Global 2025
25-27 marca specjaliści z branży spotkają się w Stuttgarcie na 10. edycji targów Fastener Fair Global – międzynarodowego flagowego wydarzenia dla światowej branży elementów złącznych i mocowań. Po rekordowej frekwencji w 2023 roku, odwiedzający mogą sp...
Wpływ promieniowania na mikrostrukturę i właściwości materiałów
Jakie materiały są stosowane w lekkowodnych reaktorach jądrowych? Artykuł przedstawia wpływ promieniowania na zmianę struktury i właściwości tych materiałów.

Województwo zachodniopomorskie –hub logistyczny z potencjałem wzrostu
W 2024 r. całkowity wolumen aktywności najemców wyniósł 174 tys. mkw. (-23% r/r), co przy braku oddanych w ostatnich 12 miesiącach nowych inwestycji obniżyło współczynnik powierzchni niewynajętej do 2,8%. Polska firma doradcza na rynku nieruchomości komercyjnych prezentuje rap...
Jakość procesu cięcia laserowego blach stalowych – wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowych
Przeprowadzono analizę czynników i parametrów decydujących o jakości procesu cięcia laserowego. Zestawiono blachy stalowe o gwarantowanej przez producentów jakości cięcia laserowego laser grade steels. Opisano wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowy...

Prasy krawędziowe TruBend 1000. Połączenie prostoty obsługi i wysokiej wydajności
Firma TRUMPF, znany i ceniony producent maszyn do obróbki blach (m.in.: wykrawanie, gięcie, cięcie i spawanie laserowe), już od 1989 roku jest dostawcą technologii gięcia z wykorzystaniem nowoczesnych pras krawędziowych.

Wpływ chłodziwa i oprawki narzędziowej na chropowatość powierzchni obrabianej w procesie frezowania stali Vanadis 4
Artykuł prezentuje wyniki badań eksperymentalnych procesu frezowania stali Vanadis 4 Extra w rożnych warunkach doprowadzenia chłodziwa do strefy obróbki oraz pokazuje, jak ważny jest dobór odpowiedniej oprawki narzędziowej do określonych zadań obróbkowych. ...

Analityka danych ważniejsza dla firm z branży produkcyjnej niż sztuczna inteligencja
Technologia sztucznej inteligencji (44 proc. wskazań) znajduje się dopiero na trzecim miejscu w kontekście innowacji IT wymienianych przez przedstawicieli firm produkcyjnych. Wynika tak z raportu „Cyfryzacja przemysłu: rola zintegrowanych systemów zarządzania w firmach produkc...

Wybrane problemy stateczności w projektowaniu konstrukcji według Eurokodów
Zagadnienia stateczności konstrukcji budowlanych stanowią jeden z trudniejszych działów mechaniki budowli, z którym projektanci konstrukcji zmagają się na co dzień. Niezależnie od tego, czy projektujemy klasyczną drewnianą więźbę dachową, stalową belkę podsuwnicową, czy też sł...

Precyzyjne cięcie bez kompromisów. Najnowsze wersje mieszalników gazowych MyEMIX 3.0
Wycinarki laserowe w technologii fiber zyskały ogromną popularność na całym świecie dzięki swojej wysokiej wydajności i precyzji. Jednym z kluczowych aspektów cięcia laserowego jest wybór odpowiedniej technologii cięcia oraz gazu pro...
Fizyczne i technologiczne podstawy procesu spawania łukowego w osłonie gazowej GMA – cz. 2
W drugiej części artykułu przedstawiono technologiczne podstawy spawania GMA. Z artykułu dowiesz się:

Charakterystyka badań ultradźwiękowych – wiadomości wstępne
Grupa metod badań nieniszczących (NDT, z ang. non-destructive testing) udostępnia szereg różnych sposobów wyznaczania wybranych cech diagnozowanych obiektów. Czym charakteryzują się badania ultradźwiękowe?

Znamy laureatów nagrody Złoty Medal targów MODERNLOG 2024
Poznaliśmy produkty wyróżnione prestiżową nagrodą Złotego Medalu na targach Logistyki, Magazynowania i Transportu MODERNLOG 2024 oraz ITM INDUSTRY EUROPE 2024. Laureaci zawalczą teraz o Złoty Medal Wybór Konsumentów. W minionym tygod...
IGP-DURA®one 56 i IGP-Effectives®: synergia zapewniająca wysoką wydajność w technologii malowania proszkowego
W branży farb proszkowych do ochrony powierzchni kluczowe znaczenie mają wydajność, zrównoważony rozwój i jednolity odcień. Firma IGP Powder Coatings podjęła znaczący krok w tym kierunku, łącząc serię niskotemperaturowych farb proszkowych IGP-DURA®one56 z unikalną technologią ...

RODO w przemyśle – jak nowe technologie wpływają na ochronę danych osobowych?
Dynamiczny rozwój technologiczny jest obecnie widoczny w niemal każdym obszarze życia. Choć coraz większy udział i znaczenie robotyki oraz automatyzacji w procesie produkcyjnym niosą ze sobą wiele korzyści, należy również uwzględnić wyzwania związane z wprowadzaniem nowoczesny...
Kalendarium wydarzeń
Relacje
OpenHouse 2024: z wizytą u TRUMPF Polska
TRUMPF Polska z sukcesem zorganizowała Dni Otwarte OpenHouse 2024, które odbyły się 12 i 13 września br. Wydarzenie przyciągnęło ponad 200 gości reprezentują...
Sprawdź więcejPolitechnika Krakowska ma nowe laboratorium
25 kwietnia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej odbyło się uroczyste otwarcie Laboratorium Ultraprecyzyjnych Pomiarów Współrzędnościowych. &...
Sprawdź więcejSeminarium Obróbki Laserowej 22 marca 2024
22 marca 2024, podczas targów STOM, odbyło się Seminarium Obróbki Laserowej, organizowane przez Politechnikę Świętokrzyską. Zapraszamy do zapoznania się z fo...
Sprawdź więcejKonferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”
20 marca, drugiego dnia targów STOM, odbyła się konferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”, której organizatorem była redakcja portalu dlaprodukcji.pl i dw...
Sprawdź więcej