1. Tre generationer af slidbestandige-materialer
Slidbestandige-komponenter - mølleforinger, slibekugler og knusedele, der betjener termisk kraft, cement-, jern--malm- og aluminiumoxidanlæg - er fremstillet af tre på hinanden følgende familier af metalliske materialer:
Højt-austenitisk manganstål(første generation). I den -støbte tilstand er strukturen austenit med carbidnetværk ved korngrænser. En vand-hærdende (opløsning) behandling ved ca. 1050 grader opløser karbiderne og producerer en enkelt- austenitisk struktur, der virker-hårder hurtigt under stød.
Slidbestandigt-stål med lav-legering(anden generation). Primært Cr-Mo-systemer med små tilsætninger af andre elementer, leveret som martensitisk, bainitisk, austenitisk-bainitisk dupleks eller martensitisk-bainitisk duplekskvalitet.
Slidfaste-legerede støbejern(tredje generation). Opdelt i almindeligt hvidt jern, nikkel-chrom (Ni-Hård type) jern og højt-hvidt kromjern; de to sidstnævnte er de mest udbredte på grund af deres hårde karbider i en hård matrix.
2. Hvorfor det slukkende medium betyder noget
For højt-legeret stål, medium-legeret stål og slidbestandigt-støbejern dikterer produktsortimentet - fra slibekugler til foringsplader - valget af bratkølemiddel. Et medium, der afkøles for langsomt, kan ikke opnå fuld hårdhed; en, der afkøles for hurtigt, skaber termiske og transformationsspændinger, der revner høje-kulstofkomponenter. Derfor stilles tekniske krav til bratkølingen ofte til leverandøren af professionelle bratkølings- og kølemedier.
3. Vand-opløselige polymerkølingsmidler som et alternativ til olie
Stigende miljøbevidsthed og skærpede udledningsregler har drevet succesfuld udskiftning af oliekølingsmidler med vand-opløselige polymermedier, især for slidbestandige- materialer. "Vand i stedet for olie"-forsøg har udvidet brugen af polymerbekæmpelsesmidler, reduceret produktionsomkostningerne og opfyldt miljøkravene.
Til meget alvorlige quenching-krav er det kun uorganiske-saltløsninger, der giver tilstrækkelig kølekraft; til de fleste produktionsapplikationer anvendes vand-opløselige polymerer. Deres mekanisme er ligetil: Ved høje emnetemperaturer aflejrer polymeren sig fra den kogende opløsning og danner en film på overfladen. Denne film modererer varmeekstraktion, sænker badets effektive kølekapacitet og reducerer risikoen for quench-revner.
Vand-opløselige polymerer falder i tre kildegrupper: naturlige polymerer (guargummi, xanthangummi), semi-syntetiske polymerer (carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose) og syntetiske polymerer såsom poly(ethylenoxid) (PEO), natriumpolyacrylat (ACR) og polyalkylenglycol (PAG). Siden midten- af det 20. århundrede er næsten alle let tilgængelige vandopløselige polymerer blevet evalueret i litteraturen, men alligevel er kun tre familier kommercielt etableret i dag: PAG, ACR (polyacrylat) og PVP.
4. PAG Quenchants
PAG er en copolymer af ethylenoxid (EO) og propylenoxid (PO); en almindelig vandig formulering indeholder ca. 75 % EO og 25 % PO og udviser en omvendt opløselighed (skypunkt) over ca. 75 grader. Over denne temperatur afbrydes hydrogenbindingen mellem PO-segmenterne og vand, polymeren udfældes på det varme emne, og den resulterende film forsinker afkølingen.
Fordi polyether-hovedkæden er lineær og ikke har nogen sidegrene, er dens termiske og kemiske stabilitet markant højere end for polymerer af polyacrylamid-typen. Polyethere fremstilles også ved anionisk polymerisation, hvilket giver en snævrere molekylær-vægtfordeling end fri-radikalpolymerisation. I drift kan et korrekt vedligeholdt PAG-bad - med koncentrationskontrolleret og cirkulation opretholdt for at forhindre bakterievækst - vare mere end 10 år, sammenlignet med quenching-olie. Dette er grunden til, at PAG er det mest udbredte-vandopløselige dæmpningsmiddel.
PAG har dog en begrænsning for slidbestandige-materialer: dens molekylvægt kan kun kontrolleres inden for et snævert område, og PAG med ultra-høj-molekylær-vægt produceres endnu ikke kommercielt. Som et resultat forbliver den lave-temperaturafkølingshastighed for PAG-bade forholdsvis høj til revnedannelse af-følsomme høj-kulstof-chrom-slidmaterialer. En hævning af PAG-koncentrationen sænker afkølingshastigheden ved 300 grader fra ca. 95 grader /s til 40 grader /s, men yderligere reduktion er vanskelig, og meget høje koncentrationer forringer køleens ensartethed.
5. ACR (natriumpolyacrylat) dæmpningsmidler
I modsætning til kommerciel PAG, hvis molekylvægt er begrænset til titusinder, når kommercielt natriumpolyacrylat (ACR) let molekylvægte på millioner eller titusinder. En ACR-løsning med lav-koncentration har derfor meget høj viskositet og væsentligt reduceret overfladespænding. Lavere overfladespænding sænker opløsningens kritiske varmeflux og stabiliserer dampfilmen, forsinker filmens kollaps og blødgør det indledende kølechok.
Køle-kurvedata viser, at køleydelsen for ACR i hele høj-temperaturstadiet (500-800 grader) nærmer sig den for luft-tågeafkøling. Denne blide høje-temperaturadfærd reducerer kraftigt den termiske-spændingsrevnedannelse af høj-carbonchromstøbejern-komponenter omkring 700 grader under bratkøling af - temperaturområdet, hvor transformation og termiske spændinger topper.
6. Valg af det rigtige medium
Høje-manganstål:vandhærdning er en opløsningsbehandling, ikke en hærdende quench - fuld vand quenching bruges til at bevare den austenitiske struktur.
Lavt-legeret martensitisk slidstål:PAG eller hurtig olie; koncentrationen er afstemt til snittykkelsen for at undgå bløde pletter og samtidig begrænse forvrængning.
Høj-kulstof/høj-chromstøbejern:høj-molekylær-vægt ACR (eller PVP, hvor filmstabilitet er kritisk) for at blødgøre 500-800 graders stadiet og reducere revner omkring 700 grader.
Store liners og tykke sektioner:konsulter slukningsleverandøren med delens geometri, hærdbarhed og målhårdhed; verificere ved at afkøle-kurvetest i henhold til ISO 9950 før produktion.
Køle-kurve-evaluering af quenchants følger ISO 9950 (og de relaterede ASTM D6482 / D6200-metoder), som karakteriserer køleadfærden af industrielle quenchingsmedier under standardiserede probeforhold.
7. Konklusion
Varmebehandling af høj-kulstofslid-materialer bestemmes lige så meget af bratkølingsmediet som af ovnens cyklus. Vand-opløselige polymerkølingsmidler - PAG for økonomi og stabilitet, ACR for crack-følsomme høj-kulstof-chromjern, PVP, hvor filmstabilitet er altafgørende - tillader nu "vand i stedet for olie"-substitution uden at ofre hårdhed eller risikere at revne. For ethvert slidbestandigt produkt, lige fra slibekugler til mølleforinger, skal bratkølingsmediet vælges med komponentens hærdeevne, sektionsstørrelse og revnerisiko for øje og valideres ved standardiseret kølekurvetest.
