Полимерный закалочный концентрат PVP 800

    Закалка металлов и их сплавов производится с целью фиксации высокотемпературного состояния материала. Для закалки традиционно применяются растворы солей, минеральные масла, расплавы солей и металлов в струе газов. С середины 50-х годов прошлого столетия применяется закалка и в растворах полимерных жидкостей. Однако повсеместно их начали применять в начале 90-х. Это было вызвано ужесточением экологических стандартов, повышением требований к качеству и, конечно же, необходимостью снижения затрат на проведение процесса.
    Постоянно совершенствуясь, закалочные концентраты, позволяют производить термообработку широкой гаммы сталей и алюминиевых сплавов, регулировать твердость деталей и степень поводок. Это достигается изменением соотношения концентрация/температура раствора и, как следствие, скорости охлаждения на разных этапах закалки.
    Кроме технологических преимуществ, необходимо также отметить пожаробезопасность и отсутствие вредных испарений закалочной ванны на основе закалочных концентратов. Специальные добавки делают такие ванны устойчивыми к повреждению различными бактериями и грибками. Отсутствие дыма и копоти в цеху во время закалки также является важным преимуществом.

    Закалочный концентрат PVP 800
    Наша компания предлагает на территории Украины полимерные закалочные концентраты от ведущего мирового производителя индустриальных жидкостей - Georg Oest Mineralolwerk GmbH & Co. KG.
    Из всей существующей линейки закалочных концентратов наиболее успешным и универсальным является PVP 800. Это концентрат на основе поливинилпирролидона, который обладает закалочными характеристиками очень близкими к маслу.
    Как показывают испытания и опыт работы на предприятиях Украины уже в концентрации 5-10% данный продукт может успешно заменять масло при термообработке большинства сталей, минимизируя поводки и обеспечивая высокую твердость.
    Большие концентрации (11-20%) позволяют производить закалку сталей склонных к растрескиванию или деталей сложной конфигурации. Также применение больших концентраций позволяет полностью исключить поводки при закалке ответственных деталей.
    Небольшие концентрации PVP 800 (2-5%) применяются для исключения поводки пятнистости твердости при термообработке сталей, которые обычно калятся на воду, и защите их от коррозии на межоперационном цикле (1-2 недели).

    Закалочный полимер обеспечивает оптимальные параметры охлаждения в определенном диапазоне температуры раствора. В частности для PVP 800 - это 30 - 60^оС. В связи с этим закалочные ванны, где применяются водные растворы полимеров, должны быть оборудованы системами охлаждения и подогрева. В зависимости от требований к твердости и поводкам, диапазон рабочих температур раствора расширяется или сужается. Кроме этого, для обеспечения заданного диапазона температуры раствора объем закалочной ванны должен превосходить вес садки в соотношении 6:1 … 8:1. На одном из предприятий, где начали применять полимерный закалочный концентрат, был случай, когда закалку начинали уже при 25^оС и заканчивали при 70^оС, что приводила к большим разбросам по твердости деталей в садке. После увеличения объема ванны до требуемого, проблемы исчезли.
    Температуры ниже 25^оС не рекомендуется применять, т.к. влияние свойств воды слишком велико и возможно коробление и растрескивание деталей. Когда же температура достигает 70^оС, увеличивается расход полимера, т.к. полимерная пленка прилипает к поверхности деталей и не полностью растворяется в воде.
    Однако, несмотря на более жесткие, по сравнению с маслом, требования к температуре рабочего раствора, закалочные концентраты дешевле и безопаснее в применении. Это связано с тем, что водные растворы полимера не выделяют токсичных веществ, а если и превышена максимальная рабочая температура ванны - отсутствует опасность пожара. Кроме этого, как правило, в закалочной ванне с залитым маслом уже установлена система охлаждения и ее легко можно перевести на работу с полимерными закалочными концентратами. Достаточно только тщательно отмыть ванну от масла.

    Для обеспечения равномерной твердости деталей по зонам садки, необходимо перемешивание раствора. Это позволяет исключить т.н. "мертвые зоны" и сравнять температуру по всему объему закалочного бака. Усиливая или ослабляя перемешивание возможно в небольших пределах регулировать твердость, исключить участки с низкой твердостью из-за образования паровоздушных пузырей. В закалочных ваннах с полимером можно применять перемешивание струйными насосами, механическое перемешивание, а также барботирование сжатым воздухом. По приоритетности влияния на качество проводимой закалки на первое место нужно поставить струйное перемешивание. Надо отметить, что использование барботирования требует достаточно точного подбора потока воздуха, чтобы не допустить образования вокруг закаливаемой детали "пенника", что приведет к пятнистой твердости.

    Скорость охлаждения в растворе полимера, в первую очередь, зависит от его концентрации. Изменением насыщенности раствора можно регулировать скорости закалки от воды до масла. Контролю концентрации необходимо уделить максимум внимания, поскольку его необходимо проводить как минимум раз в день в начале использования ванны и, по необходимости, при больших объемах закалки - в процессе работы.
    Для контроля концентрации применимы несколько методов:

• измерение скорости охлаждения термопарой с записью диаграммы охлаждения. Это наиболее точный метод, поскольку позволяет получить рабочую характеристику ванной. Однако этот метод требует применения специализированного оборудования и обработки данных на компьютере для их визуализации.
• измерение коэффициента рефракции. Менее точный метод, поскольку он определяет не скорость охлаждения, а коэффициент преломления света в растворе. По нему можно судить о концентрации (для PVP 800 эта зависимость линейна). Этот метод применяют для большинства водосмешиваемых сред (СОЖ, моющие, антикоррозионные концентраты и т.д.), поэтому портативные и стационарные рефрактометры очень часто встречаются в лабораториях и на производстве. Данный метод:
  • простой: портативный рефрактометр помещается в карман, а значения концентрации можно определить не отходя от закалочной ванны, поскольку необходимо только перемножить показания прибора на константу (для PVP 800 она равна 4,0);
  • дешевый: поскольку приборы не имеют изнашивающихся частей;
  • доступный: рефрактометры всегда есть на больших производствах или в лабораториях при заводе.
• измерение вязкости. Аналогичный предыдущему методу. Но здесь измеряется не коэффициент преломления, а вязкость раствора. В точности он не уступает измерению коэффициента рефракции, но, поскольку зависимость концентрации от вязкости не линейна, данный метод гораздо более трудоемкий и может быть реализован только в лаборатории.

    Анализ представленных графиков позволяет сделать вывод, что раствор полимера PVP 800 обеспечивает высокую скорость охлаждения в зоне максимальной неустойчивости аустенита и снижение этой скорости при температуре ниже 200^оС. Это позволяет свести к минимуму деформации деталей при закалке и обеспечить высокую твердость материала. При высоких температурах график охлаждения раствора полимера PVP 800 практически совпадает с графиками традиционных закалочных сред - масла и расплава солей, которые, обычно, принимаются за эталонные.
    Таким образом, можно сделать вывод, что, при несомненной экономической целесообразности, раствор закалочного полимера PVP 800 позволяет обеспечить необходимое качество закалки металлов и сплавов.