автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение полимерной закалочной среды применительно к конструкционным сталям

РГ Б ОД

_ д мдй ^дд^ЮСКОВСКИЙ ВЕЧЕРНИЙ ИЕТАЛЛУНКЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Сосновский Петр Владимирович

РАЗРАБОТКА,ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ПОЛИМЕРНОЙ ЗАКАЛОЧНОЙ СРВДЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОНСТРУКЦИОННЫМ СТАЛЯМ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая

обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в отделе термообработки Каучно-цсследова-тедьского института технологии автомобильной щюшзленности

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

Р Ф, доктор технических наук,

профессор

Ю.А.Башннн

Официальные оппоненты- член корр.Академии технических наук

Г Ф, доктор технических наук, профессор В.К.Куыашн

- кандидат технических наук, доцент А.С.Холин

Ведущая организация - Ярославский электровозореыонтный зав<

кг. Г.ХТещева

Защита состоится & ¿У¿¿У//Л 1995 г. в часов

на заседании Диссертационного совета K-C63.C7.0I. при Московском вечерне!.: металлургическом институте по адресу: 111250,г. Москва,Лефортовски": вал,д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Стзывк на автореферат высылать по указанному вше адресу. Автореферат

разослан - ¿¿Л 1595г.

УченкГг секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук,доцент

С.С.Васильева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание экономичных пожаро- и экологически безопасных закалочных сред взамен касла является весьма вакно?-4 проблемой для отечественной промышленности.

Разнообразные опробованные в промышленности среды,приготавливаемые ,как правило,непосредственно в термических цехах на основе синтетических материалов,являющихся отходами химических и других производств,или же полимеров,предназначенных для других целей, не являются оптимальными.Практика показывает,что они,как плавило характеризуются нестабильностью свойств и охлаждающей способности, коррозионной активностью,имеют узкий диапазон концентраций и температур применения,слояны в.приготовлении и нетехнологичны в эксплуатации.

Отечественный и зарубежны-:; опыт указывает на необходимость создания централизованно выпускаемых закалочных сред на основе специально предназначенных для этой цели полимеров.

Анализ применяем!« в машиностроении синтетических закалочных сред показал перспективность использования полимера АН-МАК", входящего в состав растворов УЗСП-1.Однако при существовавшей практике производства данного полимера и его использования среда УЬСП-1 была наделена многими из перечисленных выше недостатков.

При разработке полимерной закалочной среды на основе полимера АН-МАК потребовалось изучение его молекулярно-массовых характеристик с целью обеспечения воспроизводимости и стабильности требуемого уровня физико-химических свойств и соответственно устранения недостатков,свойственных растворам УЗСП-1.

Работа выполнялась в соответствии с планами работ АС'НИПТав-топром" утвержденных Главным Управлением по развитию автомобильной промышленности Комитета по машиностроению РФ.

Цель работы. Изучение влияния молекулярно-массовых характеристик на эксплуатационные свойства полимерных закалочных сред на основе АН-МАК,разработка оптимального состава сред для использования при закалке деталей из конструкционных сталей,решение экологических вопросов применения сред.

Научная новизна работы. Впервые на полимерах одного химического состава ( АН-ЫАК ).используемых для приготовления закалочных сред.установлено влияние их молекулярно-массовых характеристик на охлаждающую способность сред.Определено,что охлаждающая способность высокомолекулярных растворов ниже,чем низкомолекулярных.

Показано,что высокомолекулярные среды нестабильны в эксплуатации из-за изменения их вязкостных характеристик в связи с деструкцией полимера и его структурированием.Установлено,что изменения характеристик вязкости у низкомолекулярных сред незначительны.

Низкомолекулярные среды в отличие от высокомолекулярных менее чувствительны к концентрации полимера и при изменениях концентрации в пределах 1-5% незначительно изменяют свою охлаждающую способность.

Практическая ценность работы. Результаты диссертационной работы позволили определить,что низкомолекулярные среды при использовании их для закалки конструкционных сталей более предпочтительны в эксплуатации.Был предложен состав низкомолекулярной среды при ее постановке на производство.Полимерные закалочные среды на основе АН-МАК прошли опробование на Ярославских заводах:электрово-зоремонтном,инструментальном,Люблинском литейно-механическом заводе и других.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 11-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Свойства и применение водорастворимых полимеров."( г.Ярославль,

1990 г.),ка 11-ом Собрании металловедов России (г. Пенза,1994 г.) и на конференции Ж,III по итогам научно-исследовательских работ 1990 - 1992 г.г. ( г. Москва,1992 г. )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объем диссертации. .Диссертация состоит из введения,трех чаете'",выводов,списка использованиях источников из

писного текста,содержит у/ рисунков, ¡¿^ таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современное состояние вопроса и задачи исследования.

Во многих странах мира нашли применение полимерные закалочные среды на основе следующих веществ: поливинилового спирта,по-лиглинолей оксиалкиловых,поливинилопирроилидина,натриевого поли-крилата.

1 нас в стране поиск новых закалочных сред пел по двум направлениям с использованием в качестве сред отходов химических и других производств либо путем разработки сред специально для тер-кическо:": обработки деталей.В отличие от срсд-отходов, среды,разрабатываемые специально для закалки деталей,могут быть изменены технологически за счет изменения на молекулярном уровне основного компонента - полимера,так как известно,что свойства полимеров определяются не только составом,но и молекулярной массой.В связи с этим на основе одного полимера монет быть получен ряд закалочных сред.

Аналитический обзор известных закалочных сред,применяемых для термической обработки деталей из различных марок сталей,показал их недостатки,имеющие место в процессе эксплуатации;позволил

определить требования,предъявляемые к закалочным средам и выбрать водорастворимый полимер для. разработки среды, которым явился АН-МАК .входящий в состав растворов УЗСП-1.

Как показала практика использования растворов УЗСП-1,выпускаемых опытными партиями с 1986 года,они не стабильны в процессе эксплуатации,некоторые из партий при незначительных изменениях концентрации растворов резко изменяли свою охлакдающую способность, к тому же на отдельных марках стали трудно было получить требуемую твердость при закалке.что было связано с недостаточно!1 скоростью охлаждения в интервале высоких температур.Были так же и трудности при утилизации отработанных растворов УЗСП-1.

3 первой части работы дан анализ способов охлаждения при термической обработке и показано их влияние на свойства сталей при использовании синтетических закалочных сред.Большое внимание уделено методам оценки свойств полимеров и их растворов,используемых в качестве закалочных сред.На основании литературных данных для определения физико-химических свойств были выбраны метода исследования,более полно характеризующие полимер как продукт, и полимер как один из основных компонентов.применяемых для приготовления закалочных ванн.В частности,исследование вязкостных характеристик включало в себя определение не только кинематической вязкости,но и характеристической.динамической,условной.Определение показателей плотности и преломления служило дополнительной информацией для изучения молекулярно-массовых характеристик.Показатели плотности и преломления определялись также и с целью использования их результатов для косвенного контроля концентрации растворов полимеров.

Наряду с исследованием коррозионной активности сред по экспериментальным результатам на образцах из различных сталей для

ее оценки использовались и показатели,характеризующие электропроводность, рН.

На основании анализа существующих методов оценки охлаждающе;* способности закалочных сред были выбраны наиболее информативные -метод записи кривых охлаждения с использованием в качестве образца-датчика серебряного шарика диаметром 20 мм с термопаро:" в центре и метод измерения твердости закаленных детален.Для оценки охлаждающе." способности необходимы также металлографические исследования и испытания механических свойств деталей,прошедших термическую обработку.

Были сформулированы задачи исследования:

- Разработка способов регулирования молекулярной массы сополимера и изготовление опытных партии сред с различными физико-хшли-ческими показателями.

- Изучение физико-химических свойств опытных партии сред на основе сополимера АН-ЫАК.

- Исследование эксплуатационных характеристик опытных партий сред,определение влияния молекулярно-массовых характеристик при различных состояниях среды.

- Выбор полимерной закалочной среды с оптимальными молеку-лярно-массовыми характеристиками применительно к закалке конструкционных сталей.

- Изучение экологических вопросов,связанных с эксплуатацией разработанной полимерной закалочной среды.

Материалы и методика исследования. Объектом исследований в настоящей работе являлись водополимерные закалочные среды,изго -тавливаемые на основе сополимера метакриловой кислоты и акрилонит-рила ( АН-МАК ).Для сравнения исследовались другие■закалочные

среды,э том числе вода,масло П-20А,синтетические среды ПК-2 и

лет.

Исследованиям подвергались водные растворы различной концентрации. Контроль концентрации производили по сухому остатку отобранной для исследования пробы после выпаривания и высушивания ее в сушильном шкафу при температуре 105 - П0°С.

Для характеристики физико-химических свойств опытных партий '' сред были исследованы следующие показатели: кинематическая вяз -'кость,динамическая вязкость,условная вязкость,поверхностное натяжение, электропроводность,плотность,показатель преломления,рН.

Исследование вязкостных характеристик проводили с помощью вискозиметров.Поверхностное натяжение определял;-; на приборе до-Ную, Электропроводность растворов оценивалась на кондуктометре типа 0КЛ02/1;плотность - с помощью ореометра;показатель преломления определяли на рефрактометре ИРФ-22,рН - на рН-метре типа рН-340.

На партиях сред с различной молекулярной массой было исследовано влияние условий эксплуатации и состояния рабочих растворов на их физико-химические свойства.мя исследований использовались растворы с различной концентрацией н температурой.Ыасса обработанного металла при условии воспроизводимости результатов закалки в "расчете на килограмм полимера составила 600 и 1600 кг.

Для изучения охлаждающей способности закалочных сред применялась лабораторная установка,оснащенная электрической печью для нагрева стандартного образца ( серебряного шарика-датчика диаметром 20 мм с термопарой в центре ),кюветой для исследуемой среды и двухкоординатным графопостроителе« Н-307 для записи кривых охлаждения шарика-датчика. Оценка охлаждающей способности осуществлялась •'также и на приборе "Альфа-2".Данный прибор позволил получить информацию в виде гистограмм,характеризующих полимерные закалочные

среды дополнительно по скорости охлаждения к по коэффициенту теплоотдачи.

Испытаниям подвергались не только исходные растворы,но и растворы после обработки различных партий деталей.

Охлакдающую способность исследуемых сред оценивали тагс:се и по твердости.механическим свойствам и микроструктуре закаленных в них образцов к деталей из различных марок конструкционной стали, в том числе 40Х.45ХН.

В работе изучали влияние температуры полимерных закалочных сред и на охлакдающую способность,для чего испытания рабочих растворов производили при температурах: 20,4С',60,80о0.

Треьдтностойкость сталей при их обработке в полимерных закалочных средах определяли на специальных образцах.

При экологической оценке полимерных закалочных сред учитывали количество и токсичность паров,способы утилизации отработанны: растворов.

Результаты экспериментов обрабатывались метода™ математической статистики.

Разработка способов регулирования молекулярной массы.Изготовление опытных партий сред. Ыолекулярно-пассовые характеристики полимеров во многом определяют их эксплуатационные свойства, йлесте с тем стабильность молекулярно-массовых параметров характеризует к воспроизводимость процесса синтеза полимеров.По этой причине для изготовления опытных партий сред с различными Физико-химическими свойствами изучались способы регулирования молекулярной пассы сополимера,входящего в состав среды.

В радикальной полимеризации молекулярная, масса полимера определяется концентрацией инициатора,температурой реакции и концен-

трацпей передатчика цепи ( регулятора ).Эти приемы били использованы в работе для изготовления партий сред. При изготовлении партий сред использовался инициатор 2,0 - 2,5^ концентрации.Температура реакции выдергивалась в диапазоне ОС - 65°С,Г. качестве регуляторов толекулярно'1 массы были исследованы третичный доде-цилмеркаптан и дипроксид.Наиболее эффективным оказался дипроксид. С его помощью удалось получить партии сред с низкой молекулярной массой.Синтез сред осуществлялся путем сополимерпзации метакрило-вой кислоты и акрилонитрила в водном растворе.Реакция сополшлери-зацпк гюнокеров протекает в кислой среде при рН = 3.Полимеризацию проводили практически до полного исчерпания мономеров ( конвер -сия 96 - 985 ).Образовавшиеся полимеры ограниченно растворялись в воде,поэтому их переводили в водорастворимую соль путем омыления карбоксильных групп полимера калиево": щелочью.

Готовы!'] продукт представлял собой водные растворы полимера в виде вязко!: гащкости от светлокоричневого до темнокоричневого цвета.

Всего для исследований было изготовлено 7 опытных парти" сред с различной молекулярной массой.' .олекуляркуп массу определяли пс характеристическо:" вязкости г^ , которая согласно уравнения Марка-Хаувинка М = I ^ ^ коррелирует с молекулярной массой М ,где Ц , & - постоянные величины,зависящие от природы полимера,растворителя и температуры.

„Ганные по характеристической вязкости исследованных опытных партий сред приведены юте в таблице.

Для изучения влияния модктикаторов на охлагцца'оцую способность сред партия А - 10 была разделена на две части, одну из которых обработали солями г.елеза ( Ре ) .другую - солями каль^ ция ( Сек, ); обозначенных А -10(1) и А -10(2) соответственно.

Условное обозначение партии

Характеристическая вязкость, дл/г

А - 5

А - С

А - 7

А - 8

А - 9

1,20 0,39 0,57 0,88 0,42 0,48 0,48

А -10(1) А -10(2)

Исследование физико-химических характеристик опытных партий закалочных сред. Исследования показали,что вязкостные характеристики опытных партий сред зависят от молекулярной массы полимера, его концентрации в растворе,температуры.Согласно полученным данным для полимеров с низкой молекулярной массой зависимость кинематической вязкости раствора от концентрации полимера вплоть до - линейна,а для полимера с высокой молекулярной кассой, линейная зависимость сохраняется только до концентрации полимера в растворе 5 - 1%,а далее сильно возрастает.

Влияние молекулярной массы полимера на вязкостные характеристики обусловлено глекмолекулярнымк взаимодействиями,которые проеле-глваются при исследовании поверхностного натяжения опытных партий сред.Наиболее значительна разница величин поверхностного натякения для партий сред А - 5(высокомолекулярной) и А - 9(низкомолекулярной) .Для высокомолекулярной среды значения поверхностного натяжения на 30^ выше по сравнению с низкомолекулярной,что вызвано более высокой прочностью связей,обеспечивающих соединение макромолекул в цепп.их размером,количеством.Показатели плотности и преломления также характеризуют молекулярную массу опытных партий

сред,однако в большей степени концентрацию полимера в растворе, поэтому изучение этих показателен осуществлялось еще и с целью использования их для косвенного контроля концентрации рабочих растворов сред.

Плотность высокомолекулярной среды А - 5 нике.чем низкомолекулярных А - б, А - 9. Однако разность значений при постоянных концентрациях невелика.Величины,характеризующие преломление опытных партий сред отличаются незначительно; при этом у высокомолекулярно!; среды показатель преломления нике.

Исследование вязкостных характеристик показало,что если вязкость масла,применяемого для термической обработки деталей,является величиной почти постоянной,зависящей в какой-то мере от температуры (17-21 с.ст.),то вязкость растворов полимеров мокно регулировать,изменяя их концентрацию.Для полимеров различного класса вязкость растворов существенно различается.Так известная закалочная среда ПК-2 имеет вязкость рабочих растворов при концентрациях 1,0 - 1,6?» в пределах 1,9 - 2,8 с.ст.,а среда 0сманил-Е2 при концентрациях 10 - 20^ имеет вязкость 2,5 - 5,3 с.ст. Вяз -костные характеристики определяют охландающую способность закалочных сред,оказывая влияние на качество термической обработки деталей.

Определено,что поверхностное натяжение опытных партий сред коррелирует с электропроводностью.Чеы нш:е электропроводность,теп выше поверхностное натяжение закалочной средн.При введении в среду модификаторов,в частности, солей железа,электропроводность низкомолекулярной среды А - 10(1) по сравнению с высокомолекулярной А - 5 резко возрастает.

Изучены показатели рН растворов опытных партий сред.Показано, что как у высокомолекулярных,так и у низкомолекулярных сред

они достаточно высоки ( рН 8 -сены к щелочным растворам.

9 ),то-есть среды могут быть отне-

Псследование эксплуатационных характеристик опытных партий сред. Изучение охлаждающей способности опытных партий полимерных закалочных сред осуществлялось по кривым охлаждения,микроструктуре и механическим свойствам закаленных образцов и деталей.Результаты исследования сопоставлялись с результатами,полученные для закалочного гласла К-20А к воды.

Исследовалось влияние условий и длительности эксплуатации на физико-химические свойства опытных партий сред.На основании анализа кривых охлаждения,а также Физико-химических характеристик сред после различных периодов эксплуатации определялась стабильность растворов.

По кривым охлаждения были определены скорости охлаждения в двух характерных температурных интервалах: верхнем - 0С0 - 4С0°С и нижнем - -±00 - 2СС°С.

Кривые охлаждения в интервале температур 8С0 - 20С,оС были обработана на персональном компьютере ПС-1С по специально разработанной программе.На основании расчета площадей,ограниченных кривыми охлаждения,были построены зависимости площади от концентрации полимера для партий сред А - 5 и А - 6.Для анализа влияния температуры сред на их охлаждающую способность были построены зависимости,харктеризующие изменешш охлаждающей способности при температурах 20,40,60,8С°С и в интервале температур сред 20-С0°С и 20 - 80°С при различных концентрациях полимера в растворе.

Результаты анализа кривых охлаждения позволяют утверждать,что з верхнем интервале температур 800 - 400°С в исследуемых поли -

мерных средах в отличие от масла охлаждение шарика-датчика осу -ществляется с локальным увеличением вязкости вследствии изменения концентрации среды,так как идет интенсивное испарение вода.Особенно это проявляется при высоко:": концентрации и максимально:": температуре растворов ( 80°С ).Наиболее резко увеличивается вязкость высокомолекулярной среды ( партия А - 5 ),так как у нее довольно четко прослеживается связь вязкости с концентрацией.Охлаждающая способность сред А -10(1) и А -10(2) с модификаторами в вер -хнем интервале температур несколько выше,чем у низкомолекулярных сред ( А - 6,А - 9 ).

Б нижнем интервале температур локальная вязкость сред вокруг шарика-датчика резко уменьшается до значений вязкости раствора и охлаждение идет весьма интенсивно.Б растворах с высокой концентрацией полимера ( для высокомолекулярной >2,5$ и для низкомолекулярных > 3,7% ),когда их вязкость соизмерима с вязкостью масла, процесс охлаждения замедляется.При этом также,как и в интервале высоких температур,на охлавдаюцую способность исследуемых сред сильно влияет температура.

Анализ результатов,определяющих соотношение скоростей охлаждения в двух температурных интервалах,указывает на сходство полимерных закалочных сред с маслом.Если у воды с температурой 20 -80°С это соотношение не превышает 1,то у исследованных полимерг ных закалочных сред при высоких концентрациях полимера в растворе оно приближаемся к нижнему пределу значений для шсла К-20А - 4. Полученные результаты позволяют сделать заключение о принципиально различном характере охлаждения,который присущ полимерным закалочным средам при их сравнении с маслом.Так в верхнем интервале температур растворы с большом концентрацией полимера по сравнению с маслом охлаждают более медленно,при низкой концентрации - более

быстро как в верхнем,так и в нижнем интервале температур.

При анализе кривых,характеризующих охлаждающую способность сред партий А - 5 и А - 6 установлено,что охлаадавщая способность растворов с концентрацией 1,5% при постоянно- глолекулярно'-массе и температуре закалочных ванн менее 80°С практически не изменяется,при этом для низкомолекулярных растворов она вше, чем для высокомолекулярных.

Исследование влияния температур закалочных ванн на охлаждающую способность высокомолекулярных растворов показало,что охлаждающая способность высокомолекулярных растворов при всех наследованных концентрациях в меньше? степени зависит от температуры в интервале 20 - 60°С и в большей степени - в интервале 20 - 8С°С при концентрациях -1,0% и 2,5%. Это подтверждается и результатами измерения твердости закаленных образцов из стали 35Х.Для низкомолекулярных растворов влияние температуры менее значительно.

Результаты сравнения кривых охлаждения в свежеприготовленны:; ■/. бывших в эксплуатации растворах показали,что охлаждающая способность высокомолекулярно:? среды А - 5 в процессе эксплуатации резко увеличивается,а низкомолекулярной среды А - 6 изменяется мало, лыло определено,что такое изменение охлаждающе? способности высокомолекулярных растворов связано с резкш.: уменьшением их вязкости. Показатели,характеризующие поверхностное натяжение,электропроводность, плотность,преломление сред в процессе эксплуатации значительных изменений не претерпевали.Исследования показали,что высокомолекулярная среда в отличие от низкомолекулярной является более нестабильной и при ее использовании требуется частое обновление ванны,или же проведение "термоудара".

Повышение интенсивности охлаждения в верхнем интервале температур может быть достигнуто за счет перемешивания полимерных

закалочных сред.Благодаря применению интенсивного перемешивания при концентрациях полимера в растворе для высокомолекулярной среды ( А - 5 ) - 2,5/о, для низкомолекулярной среды ( А - 6 ) -3,7$ при закалке удается достигать интенсивности охлаждения,аналогичной маслу.Однако следует учитывать,что при замене минеральных масел, на полимерные закалочные среды,как правило,не производят дополнительных изменений в конструкциях закалочных баков,то-есть система перемешивания остается прежней,а этого бывает недостаточно для получения требуемого уровня механических свойств закаливаемых деталей.В случае применения высококонцентрированных растворов сред трудно добиться положительных результатов при термической обработке большого сечения деталей или же садок большой массы из-за недостаточной интенсивности охлаждения.Ее можно повысить за счет уменьшения концентрации полимера в растворе.Анализ механических свойств показывает,что закалка деталей в полимерных средах по сравнению с закалкой в масле позволяет повысить характеристики прочности деталей.Металлографическим анализом выявлено, что при недостаточной циркуляции и высокой температуре закалочных сред в микроструктуре термоулучшенных деталей наряду с сорбито -образным перлитом наблюдаются включения феррита,количество которых тем больше,чем менее интенсивно осуществляется перемешивание среды. Влияние температуры среды наибольшее в том случае,когда высокомолекулярная среда используется для закалки и когда не производят ее перемешивания.Если сравнивать высокомолекулярную среду ( А - 5 ) и низкомолекулярную'( А - 6 ),то при умеренном переме-пивании наилучших результатов по твердости удалось достигнуть при термической обработке образцов в низкомолекулярную среду.

При исследовании трещиностойкости образцов из сталей марок 4иХ,У8,ШХ15 не наблюдалось трещин на образцах,закаленных в высо-

комолекулярную среду,однако они были обнаружены на образца;: из стали 1ИХ15, закаленных в низкомолекулярной среде. Трещины был: выявлены и на образцах,закаленных в среде 1Ж-2 при концентрации 1,1?:,при более высокой концентрации ( 1,5% ) трещин не было.

Полученные результаты показывают,что при достаточно высоких концентрациях полимеров ( не ниже 2,5^ для высокомолекулярных и 3,7% - для низкомолекулярных сред ) и интенсивном перемешивании закалочной ванны обеспечивается высоки!': уровень механических свойств закаленных деталей при отсутствии закалочных трещин.

Коррозионная активность исследованных полимерных закалочных сред не превышает активности воды.С увеличением концентрации полимера растворы в коррозионном отношении дане менее активны, чем среды,которые были использованы для сравнения ( ПК-2,лСТ ).В этой связи они могут быть отнесены к нейтральным ввиду высокого рН и низкой электропроводности.

Экологические аспекты эксплуатации полимерной закалочной среды ( АН-МАК ). 3 этой части работы ставились следующие задачи:

- определение состояния воздуя'иой атмосферы в зоне рабочего помещения при эксплуатации полимерно?'' закалочной среди л заключение о безопасности ее использования; • -

- разработка способа утилизации отработанных растворов полимерно.", закалочной среды с помощью создания соответствующего оборудования.

Для решения первой задачи был задействован закалочный агрегат с баком емкостью 9 м°.Отбор проб воздуха производили в зоне обслуживания агрегата работам п на различном расстоянии от уровня залитой в бак среды,а такке в самом баке после слива рабочего раствора. Исследованиям подвергались концентрат и рабочий раствор

среди.Отбор концентрата и рабочего раствора среды был произведен для определения массовой доли акрилонктрила,так как он в чистом виде является вредным веществом.Проведенные исследования показали, что при закалке в полимерную среду в зону рабочего помещения выделяются в незначительном количестве айрилонитрил,ацетон,этилаце-тат.Содержание этих веществ в несколько сот раз ниже предельно допустимых значений.Результаты исследования концентрата и промышленных партий рабочих растворов в сравнении с результатами опытных партий сред,полученных в лабораторных условиях,показывают,что массовая доля остаточного акрилонитрила безопасна и находится на уровне значений,полученных на опытных партиях сред.

При разработке способа утилизации отработанных полимерных закалочных сред были исследованы:

- электрофоретическое разделение в электрическом поле;

- коагуляция неорганическими коагулянтами;

- высаживание солями многозарядных катионов и кислотами;

- электрохимическое деструктивное окисление.

В лабораторных условиях были достигнуты положительные результаты при использовании комплексного метода высаживания полимера минеральной серной кислотой с последующим электрохимическим окис-лением:На основании выбранного метода утилизации была разработана техническая документация на оборудование ( У-200 ).

Выбор среды с требуемыми молекулярно-массовыми характеристиками. Организация производства.. Установлено,что низкомолекулярная среда предпочтительна для термической обработай конструкционных экономнолегированных сталей,так как является стабильной в процессе эксплуатации;охлаждающая способность практически не меняется с изменением концентрации полимера в растворе ( I - ) и не

вызывает коррозии деталей,стенок закалочных баков и их механизмов.

На стадии выпуска опытных партий сред на основе метакриловой кислоты и акрилонитрила проводили отработку технологии производства с целью получения стабильного по свойствам продукта.Основное внимание было уделено выпуску промышленных партий.Выпуск осуществляли на Ярославском заводе синтетического каучука.При переходе на промышленное оборудование было отмечено,что при дозировке всего количества инициатора в начале процесса полимеризации,при температуре 60°С происходил неконтролируемый подъем температуры, в отдельных случаях вше 90°С.Учитывая,что реакционная масса имеет достаточно высокую вязкость,обеспечить отбор тепла не удавалось и это приводило к получению полимера с различными молекулярнши характеристика!,ш от партии к партии.Благодаря дробной подаче инициатора, а также использования добавок хлористого калия удалось снизить вязкость полимеризата и тем самым увеличить теплоотдачуперемешивание после проведенных мероприятий стало более эффективным. Введение соответствующих изменений в технологический процесс получения среды на промышленном оборудовании позволило получать среды с надежно воспроизводимы™ свойствами.

ВЫВОДЫ

1. Анализ применяемых в машиностроении полимерных закалочных сред показал,что характерными недостатками большинства из них являются нестабильность в эксплуатации,чувствительность охлаждающей способности к небольшим изменениям концентрации полимера и температуры сред,коррозионная активность.Использование всевозможных добавок усложняет работу со средами,так как они становятся многокомпонентными.

2. С учетом технологических свойств,возможности организации

массового производства,экономичности для разработки полимерной закалочной среды с целью применения ее для конструкционных сталей был выбран полимер АН-МАК,входящий в состав растворов УЗСП-1. Опыт работы с растворами УЗСП-1 выявил необходимость совершенствования данного полимера в направлении повышения стабильности его физико-химических свойств.

3. Б работе установлено влияние параметров процесса полимеризации ( дозировки инициатора,регулятора молекулярной массы,температуры ) на молекулярно-массовые характеристики полимера АН-МАК и соответственно свойства растворов УЗСП-1.Разработаны мероприятия .позволившие стабилизировать свойства различных партий полимера, которые заключаются в дополнительном введении в рецепт электролита ( хлористого калия ),дробной дозировке инициатора по ходу синтеза и поддержании температуры синтеза в пределах 60-65°С.

4. Исследованиями опытных партий сред УЗСП-1 показано,что

их охлаждающая способность определяется молекулярной массой полимера АН-МАК,концентрацией полимера в растворе и температурой среды. Выявлено, что высокомолекулярная среда обладает более низкой охлаждающей способностью по сравнению с низкомолекулярной,кроме того при эксплуатации высокомолекулярной среды происходит интенсивное снижение ее вязкости,более интенсивно увеличивается содержание золы в полимере.В связи с этим для производства был предложен рецепт низкомолекулярной среды УЗСП-1.

5. Изучены и количественно охарактеризованы физико-химические свойства рабочих растворов УЗСП-1,изготовленных на основе полимера АН-МАК,имеющего различную молекулярную массу в том числе поверхностное натяжение,плотность,электропроводность,преломление, рП. Экспериментально определено изменение значений этих характеристик в процессе эксплуатации сред.

6. Показано,что разработанный вариант низкомолекулярной среды УЗСП-1 безопасен в коррозионном и экологическом отношении. Разработан способ утилизации отработанных растворов и соответствующее оборудование.

?. На основе рекомендаций данной работы разработаны технические условия и организовано промышленное производство усовершенствованной концентрированной низкомолекулярной среды УЗСП-1 на Ярославском заводе синтетического каучука.

8. Промышленное опробование предложенной среды на ряде заводов Ярославском электровозоремонтном,инструментальном,Люблинском литейно-механическом и других показало технико-экономическую целесообразность применения данной среды взамен масла при обепе-чении требуемого качества закалки широкой номенклатуры деталей из конструкционных сталей.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Сосновский П.В.,Оловяшпяников В.А. Исследование влияния гТизико-химических свойств среды УЗСП-1 на ее охлаждающую способность. Тезисы докладов II Всесоюзной научно-технической конферен-гди "Свойства и применение водорастворимых полимеров." г. Ярославль, 1991, с. 222.

2. Сосновский П.З.,Еашнин Ю.А. Разработка к исследование универсальной закалочной среды.Тезисы научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ 1990 - 1992 г.г.,

г. Москва,1993.

3. Башнин Ю.А..Сосновский П.В. Разработка полимерной закалочной среды применительно к конструкционным сталям.Тезисы докладов II Собрания металловедов России. г.Пенза,1994.

4. Сосновский П.В.,Оловянишннков З.А.,Еаинин Ю.А. и др.

Влияние молекулярной массы среды УЗСП-1 на ее охлаждающую способность. МиТОМ,1991,$ 4,с.17.

5. Дукова Т.Д. .Беляшна H.H.,Сосновсккй П.В. Изменение свойств закалочной среды УЗСП-1 в процессе эксплуатации.МиТ0М,1991, с. 14.