1. Tre generationer av slitstarka-material
Slitstarka-komponenter - kvarnfoder, malkulor och krossdelar som betjänar värmekraft, cement-, järn-malm- och aluminiumoxidanläggningar - tillverkas av tre på varandra följande familjer av metalliska material:
Austenitiska stål med högt-manganhalt(första generationen). I det -gjutna tillståndet är strukturen austenit med karbidnätverk vid korngränserna. En vatten-härdningsbehandling (lösning) vid cirka 1050 grader löser upp karbiderna och producerar en enfas austenitisk struktur som arbetar-härdar snabbt under stötar.
Lågt-nötningsbeständigt-legerat stål(andra generationen). Främst Cr-Mo-system med små tillsatser av andra element, levereras som martensitisk, bainitisk, austenitisk-bainitisk duplex eller martensitisk-bainitisk duplexkvalitet.
Slitstarka-legerade gjutjärn(tredje generationen). Uppdelat i vanligt vitt järn, nickel-krom (Ni-Hård typ) järn och högt-krom vitt järn; de två sistnämnda är de mest använda på grund av sina hårda karbider i en tuff matris.
2. Varför det släckande mediet är viktigt
För hög-legerade stål, medel-legerade stål och slitstarka -gjutjärn dikterar produktsortimentet - från slipkulor till linerplattor - valet av härdningsmedium. Ett medium som svalnar för långsamt kan misslyckas med att nå full hårdhet; en som svalnar för snabbt skapar värme- och transformationsspänningar som spricker hög-kolkomponent. Det är därför som tekniska krav på kylaren ofta ställs till leverantören av professionella härdnings- och kylmedier.
3. Vatten-lösliga polymerkylningsmedel som ett alternativ till olja
Ökad miljömedvetenhet och skärpta utsläppsbestämmelser har drivit fram framgångsrikt utbyte av oljekylmedel med vatten-lösliga polymermedia, särskilt för slitstarka- material. "Vatten istället för olja"-försök har breddat användningen av polymerkylningsmedel, sänkt produktionskostnaderna och uppfyllt miljömålen.
För mycket svåra härdningskrav är det bara oorganiska-saltlösningar som ger tillräcklig kylkraft; för de flesta produktionsapplikationer används dock vatten-lösliga polymerer. Deras mekanism är enkel: vid höga arbetsstyckestemperaturer avsätts polymeren från den kokande lösningen och bildar en film på ytan. Denna film dämpar värmeextraktionen, sänker badets effektiva kylkapacitet och minskar risken för släckningssprickor.
Vatten-lösliga polymerer delas in i tre källgrupper: naturliga polymerer (guargummi, xantangummi), semi-syntetiska polymerer (karboximetylcellulosa, hydroxietylcellulosa) och syntetiska polymerer som poly(etylenoxid) (PEO), natriumpolyakrylat (ACR) och polyalkylenglykol (PAG). Sedan mitten av-1900-talet har nästan alla lättillgängliga vattenlösliga polymerer utvärderats i litteraturen, men ändå är bara tre familjer kommersiellt etablerade idag: PAG, ACR (polyakrylat) och PVP.
4. PAG Quenchants
PAG är en sampolymer av etylenoxid (EO) och propylenoxid (PO); en vanlig vattenhaltig formulering innehåller cirka 75 % EO och 25 % PO och uppvisar en omvänd löslighet (molnpunkt) över ungefär 75 grader. Över denna temperatur bryts vätebindningen mellan PO-segmenten och vatten, polymeren fälls ut på det varma arbetsstycket och den resulterande filmen saktar ned kylningen.
Eftersom polyeterhuvudkedjan är linjär och inte har några sidogrenar är dess termiska och kemiska stabilitet markant högre än för polymerer av polyakrylamid-typ. Polyetrar produceras också genom anjonisk polymerisation, vilket ger en snävare molekylär-viktsfördelning än fri-radikalpolymerisation. I drift kan ett korrekt underhållet PAG-bad - med kontrollerad koncentration och bibehållen cirkulation för att förhindra bakterietillväxt - hålla i mer än 10 år, jämförbart med släckolja. Det är därför PAG är det mest använda vatten-lösliga dämpningsmedlet.
PAG har dock en begränsning för slitstarka material-: dess molekylvikt kan endast kontrolleras inom ett snävt område, och ultra-hög-molekylär- PAG tillverkas ännu inte kommersiellt. Som ett resultat förblir kylningshastigheten med låg-temperatur för PAG-bad relativt hög för att spricka-känsliga material med högt-kolkromslitage. En höjning av PAG-koncentrationen sänker kylhastigheten vid 300 grader från ungefär 95 grader /s till 40 grader /s, men ytterligare minskning är svår och mycket höga koncentrationer försämrar kylningslikformigheten.
5. ACR (natriumpolyakrylat) släckmedel
Till skillnad från kommersiell PAG, vars molekylvikt är begränsad till tiotusentals, når kommersiellt natriumpolyakrylat (ACR) lätt molekylvikter på miljoner eller tiotals miljoner. En ACR-lösning med låg-koncentration har därför mycket hög viskositet och avsevärt reducerad ytspänning. Lägre ytspänning sänker lösningens kritiska värmeflöde och stabiliserar ångfilmen, fördröjer filmens kollaps och mjukar upp den initiala kylchocken.
Kylnings-kurvdata visar att kylprestandan hos ACR under hela hög-temperatursteget (500–800 grader) närmar sig den för luft-dimkylning. Detta skonsamma-temperaturbeteende minskar kraftigt den termiska-spänningssprickningen av hög-kolkromgjutjärn-komponenter runt 700 grader under härdning av - temperaturintervallet där transformation och termiska spänningar toppar.
6. Välja rätt medium
Höga-manganstål:vattenhärdning är en lösningsbehandling, inte en härdande härdning - full vattenhärdning används för att behålla den austenitiska strukturen.
Låg-legerade martensitiska slitstål:PAG eller snabbolja; koncentrationen är avstämd till snitttjockleken för att undvika mjuka fläckar samtidigt som distorsion begränsas.
Hög-kol/hög-kromgjutjärn:hög-molekylär-vikt ACR (eller PVP där filmstabilitet är avgörande) för att mjuka upp 500–800 graders scenen och minska sprickbildning runt 700 grader.
Stora liners och tjocka sektioner:rådfråga härdningsleverantören med detaljgeometri, härdbarhet och målhårdhet; verifiera genom att kyla-kurvtestning enligt ISO 9950 före produktion.
Utvärdering av kylnings-kurvan av kylmedel följer ISO 9950 (och de relaterade ASTM D6482/D6200-metoderna), som karakteriserar kylningsbeteendet hos industriella härdningsmedier under standardiserade sondförhållanden.
7. Slutsats
Värmebehandling av hög-kolslitage-material avgörs lika mycket av kylmediet som av ugnscykeln. Vatten-dämpande polymerkylningsmedel - PAG för ekonomi och stabilitet, ACR för sprick-känsliga hög-kolkromjärn, PVP där filmstabilitet är av största vikt - tillåter nu "vatten istället för olja" ersättning utan att ge avkall på hårdhet eller risk för sprickbildning. För alla slitstarka produkter, från slipkulor till fräsliners, bör härdningsmediet väljas med komponentens härdbarhet, sektionsstorlek och sprickrisk i åtanke och valideras genom standardiserad kylkurvtestning.
