Badania wpływu temperatury na zdolność chłodzącą wybranych olejów hartowniczych

Idealny ośrodek chłodzący podczas hartowania powinien zapewniać możliwie dużą szybkość chłodzenia w temperaturach powyżej 500°C w celu zapobieżenia przemianom dyfuzyjnym przechłodzonego austenitu i możliwie niską szybkość chłodzenia poniżej 300°C, a więc w zakresie temperatur, w których zachodzi przemiana martenzytyczna, w celu zmniejszenia naprężeń hartowniczych.

Badane chłodziwa hartownicze różniły się zdolnością chłodzącą oraz wpływem temperatury chłodziwa na parametry charakteryzujące zdolność chłodzącą. Przy stosowanym zakresie temperatur pomiaru wartości v_max olejów mineralnych mieściły się w zakresach 82,83-88^oC/s i 95,17-98,5°C/s odpowiednio dla olejów OH70 i HQ140. Dodatek intensyfikujący wprowadzony do oleju OH70 podwyższył przedział wartości v_max, który dla tego przypadku wynosił 88,67-96,33°C/s. W przypadku oleju roślinnego wartość vmax wyraźnie rosła ze wzro­stem temperatury i mieściła się w zakresie 92,5-106,17°C/s. Wartości T_vmax mieściły się w zakresach: 595,61-604,6; 631,15-634,79 i 645,62-652,77°C/s, odpowiednio dla olejów: OH70, OH70+Dodatek i HQ140. W przypadku oleju Bio następował stopniowy wzrost wartości T_vmax z temperaturą pomiaru od 663,71 do 739,4°C/s. 

Oleje mineralne

Wartości parametru v₅₅₀ w przypadku olejów mineralnych były zbliżone. W małym stopniu zależne były od temperatury pomiaru i mieściły się w przedziale 72,14-79,16°C/s. Dla oleju Bio do temperatury 40°C wartość v₅₅₀ wynosiła ok. 70°C/s i zmniejszała się przy dalszym wzroście temperatury pomiaru do wartości 51,75^oC/s przy 100°C. Dla olejów mineralnych wartości parametru v₃₀₀ mieściły się w przedziałach od 6,05-6°C/s przy temperaturze pomiaru 20°C do 4,6-4,67°C/s przy 100°C. Olej roślinny Bio przy temperaturach poniżej 60°C/s miał wyższą (w porównaniu z olejami mineralnymi) wartość parametru v₃₀₀. Mieściła się ona w przedziale 13,5-14^oC/s. Wzrost temperatury od 60°C spowodował spadek v₃₀₀ do przedziału porównywalnego z olejami mineralnymi (6-4,83°C/s). Wartości parametru HP olejów mineralnych mieszczą się w przedziale 486-696. W przypadku oleju roślinnego wartość HP jest znacznie wyższa w zakresie temperatur 20-40°C (832-956) i maleje ze wzrostem temperatury pomiaru.

Na uwagę zasługuje efekt wprowadzenia do oleju OH70 pobranego z wanny harto­wniczej (olej eksploatowany) dodatku intensyfikującego Fastquench Additive 100 firmy Houghton. Korzystnie wpłynął na parametry zdolności chłodzącej, podwyższając szybkość chłodzenia w wysokich temperaturach (powyżej 500^oC) i obniżając ją w niższych temperaturach. Porównanie parametrów zdolności chłodzącej olejów HQ140 i OH70 wskazuje na wyższą maksymalną szybkość chłodzenia (v_max) oleju HQ140. Wprowadzenie dodatku intensyfikującego do oleju OH70 spowodowało wzrost wartości v_max.

Olej bio

Najwyższą wartością vm_ax w temperaturach wyższych od 40°C charakteryzował się olej Bio, w porównaniu z pozostałymi olejami. Na podkreślenie zasługuje fakt, że zdolność chłodząca oleju Bio najsilniej zmieniała się przy zmianie temperatury pomiaru. Mniejszy efekt temperatury pomiaru występował w olejach mineralnych. Wzrost temperatury oleju Bio powodował zanikanie fazy powłoki gazowej. Olej Bio charakteryzuje się najwyższą temperaturą T_vmax w całym przedziale rozpatrywanych temperatur badania. Efekt ten będzie przekładał się na zwiększenie intensywności odbierania ciepła w zakresie występowania przemian dyfuzyjnych i zmniejszenie udziału ferrytu i perlitu w mikrostrukturze.

W pracy obliczono zależności współczynnika ciepła α od temperatury powierzchni przedmiotu α=f(T_p), w zależności od temperatury pomiaru badanych chłodziw. Charakterystyki te stanowią cenne źródło danych fizycznych wykorzystywanych przy modelowaniu procesów obróbki cieplnej przedmiotów stalowych [8] i optymalizowaniu technologii obróbki cieplnej, umożliwiając uzyskanie pożądanej mikrostruktury i wymaganych własności mechanicznych.

Wnioski

• Wyniki badań wpływu temperatury chłodziwa na jego zdolność chłodzącą wykazały silniejszy wpływ tego parametru dla oleju roślinnego w porównaniu z olejami mineralnymi.

• Wprowadzenie do oleju hartowniczego Fast­Quench Additive 100 dodatku intensyfikującego korzystnie wpłynęło na zdolność chłodzącą oleju. Podwyższyła się szybkość chłodzenia w zakresie górnym i obniżając w zakresie dolnym temperatur chłodzenia.

• Najwyższą szybkością maksymalną chłodzenia, v_max, charakteryzował się olej Bio.

• Najsilniejszy wpływ temperatury na zdolność chłodzącą obserwowano dla oleju Bio.

• Obliczone zależności współczynnika przejmowania ciepła α od temperatury powierzchni T_p, α=f(T_p) poszerzają bazę danych termofizycznych wykorzystywanych w modelowaniu procesów obróbki cieplnej. Ma to istotne znaczenie dla zgodności wyników obliczeń z danymi eksperymentalnymi.

Podziękowanie

Badania prowadzono w ramach projektu realizowanego przez ArcelorMittal Warszawa w programie sektorowym „INNOSTAL”; finansowanego ze środków Działania 1.2 „Sektorowe programy B+R i Osi priorytetowej „Wsparcie prowadzenia prac B+R przez przedsiębiorstwa” Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020; umowa nr  POIR.01.02.00-00-0161/16.

Może Cię również zainteresować >>

Piśmiennictwo

1. Fernandes P., Prabhu K.N.: International Journal of Heat and Mass Transfer. „International Journal of Heat and Mass Transfer”, nr 51/2008, s. 526-538.
2. Luty W.: Chłodziwa hartownicze. WNT, Warszawa 1986.
3. Totten G.E., Bates C.E., Clinton N.A.: Handbook of Quenchants and Quenching Technology. ASM International, 1995.
4. International Standard ISO 9950:2014-12: Przemysłowe oleje hartownicze – Oznaczanie właściwości chłodzących – Metoda badań z użyciem sondy ze stopu niklu.
5. ivf SmartQuench. Users guide. 4^th ed., March 2007.
6. Segerberg S.O.: Heat Treating. 1989, s. 30-33.
7. Adrian H., Osika M., Franek J., Augustyn-Pieniążek J., Marynowski P.: Wpływ wymuszonego ruchu na zdolność chłodzącą wybranych olejów hartowniczych. „Hutnik-Wiadomości Hutnicze”, nr 4/2013, s. 267-273.
8. Adrian H.: Numeryczne modelowanie procesów obróbki cieplnej. Wydawnictwa Naukowe AGH, Kraków 2011.

Galeria

Zobacz więcej