Закалочная среда

 

ОП ИСАИ ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ оо81 7074

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 030579 (21) 2760437/22-02 (51)М. Кл 3 с присоединением заявки ¹â€”

С 21 D 1/60

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий, (23) Приоритет—

Опубликовано 30.03.81.Бюллетень № 12 (53) УДК 621. 78. . 063 (088. 8) Дата опубликования описания 30.0 381 (72) Авторы изобретения

И.Ф.Михайлова, Л.A.Òèõoíoâà, Н.В.Бухаткина, В.A.Êîïòþã, А.С.Бедарев, Г.И.Белобородов, Е.Г.Ильюшко, Г.П.Конюхов, И.Н.Фридляндер,О.Г.Сенаторова,И.A.Набатова и Я.И.Спектор (71) Заявитель (54 ) ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА

Изобретение относится к термичес-, кой обработке металлов, а именно к охлаждающим средам для закалки метал- лов и сплавов.

Известны такие среды для закалки металлов как вода, водные растворы неорганических солей, углеводородные масла 11.

Недостатком воды и водных растворов неорганических солей как закалоч10 ных сред является то, что они характеризуются высокими практически нерегулируеьыми скоростями охлаждения закаливаемых деталей, что в случае

Обработки листовых и профильных деталей йриводит к короблению и дбразованию трещин. Углеводородные масла, наоборот, характеризуются .слишком низкими скоростями охлаждения, что во многих случаях не позволяет обеспечить ребуемых прочностных характеристик закаливаемых металлов, кроме того, применение этих сред ограничено их пожароопасностью.

Известны такие среды для закалки стали и алюминиевых спланов иа водной основе с добавлением полимерных органических веществ, растворимость которых падает с ростом температуры. При погружении нагретой ЗО детали в раствор на ее поверхности образуется пленка органического ве- щества с относительно низкой теплопроводностью, н результате чего охлаждение по сравнению с закалкой в воде замедляется и становится более равномерным. Изменяя концентрацию органического вещества в .растноре, можно регулировать режим охлаждения и добиваться устранения образования трещин и снижения коробления.

В качестве таких сред рекомендованы водные растворы сополимеров окиси этилена и окисей других алкенов )2).

Недостатком этих сред является то обстоятельство, что для снижения коробления используются высококонцентрированные растворы (10-40%), что обуславливает вЫсокую стоимость эакалочных сред, а также затруднение смывания пленки полимера.

Известна также среда 3), представляющая собой водный раствор высокомолекулярного полиэтиленоксида (М.В. 500000-5000000) при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Полиэтиленоксид 0,05-2,0

Вода Остальное

Недостатки этой среды — довольно высокая степень коробления, низкая

817074 скорость охлаждения, плохая смыва. емость образующейся пленки с поверх-, ности закаленной детали. Причиной коробления является недостаточная однородность пленки, образующейся на поверхности деталей в процессе 5 закалки. Низкая скорость охлаждения связана с высокой вязкостью: раствора и большой толщиной образующейся пленки. Трудность смывания остаточной пленки вызвана плохой растворимостью ° ( вйсокомолекулярного поЛиэтиленоксида в воде.

Цель изобретения — создание закалочной среды, обеспечивающей уменьшЕние коробления при закалке, повышение скорости охлаждения для обеспечения требуемых механических и коррозионных свойств, а также улучшение смываемости пленки с поверхности деталей после закалки.

Поставленная цель достигается 2О тем, что в среду на основе полиэтиленоксида и воды дополнительно введены оксиэтилированные алкилфенолы при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ: 25

Полиэтиленоксид 0,02-0,50

Оксиэтилированный алкилфенол Ос5-10фО

Вода Остальное

В качестве оксиэтилированных алкилфенолов можно испольэовать широко применяемые в практике как моющие средства оксиэтилированные алкилфенолы с алкильной цепью, содержащей 9-10 атомов углерода и числом оксиэтильных групп 6-7 (отечественный препарат

ОП-7) или 9-10 (ОП-10).

Приготовление закалочной среды осуществляют следующим образом.

Растворяют оксиэтилированный алкилфенол в воде, вводят в раствор поро- 40 шок полиэтиленоксида и перемешивают до получения однородного раствора.

Введение в раствор дополнительно оксизтилированного алкилфенола способствует лучшему растворению Полиэтиленоксида. Оксиэтилированный алкилфенол (например ОП-10), изменяя скорость образования и свойства полимерной пленки на поверхности закаливаемой детали, обеспечивает условия для равномерного охлаждения.при сохранении высокой скорости. Равномерное охлаждение во всем интервале те атератур в таком растворе приводит к большему снижению коробления, чем в растворе каждой из компонент, входящих в состав закалочиой среды. Предлагаемая среда открывает более широкие воэможности варьирования характеристик закалочной среды путем изменения концентрации каждой из компонент смеси. Кроме того„ введение оксиэтилированного алкилфеиола, обладающего моющими свойствами, обеспечивает легкую смываемость пленки с поверхности закаливаемой детали. у

Закалочная среда испытана в лабораторных и в производственных условиях в термическом цехе при закалке листовых заготовок из алюминиевого сплава Д16Т.В табл.1 в качестве примера приведены 16 составож закалочных сред на основе водных растворов полиэтиленоксидаи ОП-10 (содержание полиэтиленоксида в этих растворах изменяется от 0,02 до 0,5 вес.Ъ, а содержание

ОП-10 — от 0,5 до 10,0 вес.Ъ), а также 4 известных состава. В каждом растворе закаливают по пять пластин. Приведены сравнительные технологические испытания предлагаемой и известной закалочной среды. Эффективность предлагаемой и известной закалочной среды сравнивают по максимальной величине коробления пластин (из сплава Д16Т размерами 200х50х1 мм) после закалки и по легкости смывания водой остатков среды с поверхности детали. Результаты лабораторных и производственных испытаний приведены в табл.2.

В табл. 3 представлены сравнительные механические свойства и электропроводность листовых образцов из сплава Д16Т, закаленных в растворах 1Ъ

ОП-10 с различным содержанием полиэтиленоксида, а в табл. 4 — средние скорости охлаждения в критическом температурном интервале.

Из табл. 2 видно, что наименьшая величина коробления пластин размером

200х50х1 мм достигается при закалке в растворах 6,7,10,11,14, 15, Максимальная величина коробления пластин при закалке.в предлагаемых растворах колеблется от 0,5 до 12,0 мм, а при закалке в известных растворах полиэтиленоксида (растворы 17,18,19 и 20) максимальная величина коробления находится в пределах 13-24 мм, т.е. в 2-5 раз больше.

Как следует из табл. 3, механические свойства и электропроводность листовых образцов толщиной 1; 2; 5мм из расплава Д16Т после закалки в предлагаемых растворах находятся на уровне свойств образцов, закаленных в воде, и несколько улучшены по сравнению со свойствами образцов, закаленными в известной среде..

Проверка показала, что стойкость образцов к межкристаллитной коррозии после закалки в предлагаемых растворах выше, чем "после закалки в известной среде. Необходимые мЕханические свойства и коррозионная стойкость после закалки в предлагаемых растворах достигается благодаря более высоким скоростям охлаждения (табл.4).

Следует отметить, что снижение содержания.полиэтиленоксида ниже

0„02 вес.% и ОП-10 ниже 0,5 вес.Ъ ведет к резкому повышению коробления и данные закалочные- среды по охлаждающим свойствам приближаются к воде

817074

Таблица 1

Состав, вес. В

Закалочная среда

1 2 3 4

0,02 0,02 О, 02 0,02

Полиэтиленоксид

Оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10) 0,50 1,0

99 4 98,9

5,0

10,0 . 89,9

94,9

Вода

7 8

5 6

0,05 0 05

0,05

0 05

Полиэтиленоксид

0 50 1 0

99,45 . 98,95

Оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10) 5,0

94,95

10,0

89,95

Вода

9 . 10 11

0,10 0,10

Полиэтиленоксид

0,10

0,10

Оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10) 1,0 ., 5,0

98,90 94,90

10,0

8.9, 90

0,50

99,40

Вода

16

14

0,50

0 50

0,50 0,50

Полиэтиленоксид

Оксиэтилированный алкилфенол (ОП-10) 0,50 . 1,0 5,0 10,0

99,0 98,50 94,50 89,50

Вода

20

17 . 18

0,02

99,98

0 i 10

0,05

99,95

0,50, Полиэтиленоксид !

Вода (известная) 99,90

99,50 (20oC). Повышение содержания полиэтиленоксида (ПЭО) выше 0,5 вес. Ф, а оксиэтилированного алкилфенола (ОП-10) выме 10 вес.В значительно уве-личивает вязкость закалочного раствора, в результате чего уменьшается скорость охлаждения, ухудшаются механические и коррозионные свойства.

Растворы, содержащие 0,5-10,0 вес.% оксиэтилированного алкилфенола и .0,02-0,50 вес.Ъ полиэтиленоксида, обеспечивают уменьшение величины коробления при закалке в 2-5 раэ и повышение скорости охлаждения в 2-3 раза по сравнению с закалкой в известной среде.

Таким образом, введение в состав закалочной среды на основе полиэтиленоксида оксиэтилированного алкилфенола значительно повышает ее эффективность.

817074

Наименование закалочной.среды

12,0

8,0

10,0

I .11, О

10,0

12

13

14

24,0

18,0

16,0

13,0

17.

18

19

Удельная электрич. проводимость

МСМ/М

15,0 18, 1

21,4 18,3

19,2 18,5

30i0

26,6

29,3

1i0

2,0

5,0

44,1

42,6

44,1

Вода

20,1 18,2

20,5 18,4

19,6 18,6

45,4 30,5

44,1 26,2

44,5 29,6

22,4 18,2

20,8 18,3

19,3 18,5

46,4 29,7

44,5 26,7

44,3 29,5

44 О 29 0 20 5 18 2

43,8 26,2 18,4 18,3

44,1 29,3 19,5 18,6

Полиэтиленоксид +

+ оксиэтилированный

Алкилфенол (ОП-10) +

+ Вода

Полиэтиленоксид +

+ Вода (известная) 3 ак алочн ая Толщин а среда . образцов, Водный раст- 1,0 вор в 1,0%

ОП-10 и 0,05%

ПЭО 5,0

Водный раст- 1 0 вор в 1 0% 2 0 ,ОП-10 и 0,103 ПЭО 5,0

Водный раст- 1, О вор 1,0а

ОП-10 и 0,20%

ПЭО 5,0

Таблица 2

Состав, Максимальная номер величина коробления,мм

2,0

5,0

10i0

9,0

1,0

3,0

7,0

5,0

0,50

2,0

4,0

Таблица 3

817074

Продолжение табл. 3

Толщина образцов, мм

Закалочная .среда

Удельная электрич. проводимость, МСМ/М

Воднйй раст- 1,0 вор 110% 2 0 ОП-10 и 0,5%

ПЭО 5,0

18,0 18,6

18,7 18,4

19,7 18,5

28,2

26,0

28,1

43,5

43,1

43,2

Водный ра- 1,0 створ 0,5% 2 0

ПЭО

5,0

18,5 18,5

18,4 18,7

17,8 18,9

43,2 28,0

42,5 27,5

42,0. 27,0

Таблица 4

Средняя скорость охлаждения пластины толщиной 2 мм в интервале температур 450 — 260о(ос/c ) Состав закалочной сред |

Формула изобретения

Закалочная среда, содержащая воду и полиэтиленоксид, о т л и ч а.ю— щ а я с я тем, что, с целью уменьшения коробления и повышения скорости охлаждения закаливаеьых деталей, она дополнительно содержит оксиэтилированные алкилфенолы при следующем соотношении компонентов, вес.%s

-Полиэтиленоксид . 0,02-0,50

Оксиэтилированный алкилфенол . 0,5-10,0

Вода

Составитель A. Сеней

Техред Е.Гаврилешко

Корректор М. Коста

Редактор А. Мотыль

Заказ 1234/33 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1% ОП-10+0,05% ПЭО

1% ОП-10+0, 10% ПЭО

1% ОП-10+0,20% ПЭО

1% ОП-10+0,50% ПЭО

0,50% ПЭО

450 — 550

400 — 500

260 — 300

180 - 220

100 — 150

Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петраш Л.В. Закалочные среды.

"Машгиз", 1959, с. 33 -62 °

2. Патент CMA 93220893, 148-18,.

1965.

3. Авторское свидетельство СССР

В 600190, кл. С 21 0 1/60,