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Anwendung von Abschreckmedien in der Luftfahrtindustrie

  Das Abschreckmedium als eine Art Prozessmaterial ist ein wichtiges Medium zur Steuerung des Kühlpfads, der es dem Material ermöglicht, die gewünschte Struktur und Eigenschaften zu erhalten, und das Material mit extremer Betriebsleistung aushält. In den letzten Jahren hat Chinas Luftfahrtindustrie große technologische Fortschritte gemacht, aber auf dem Gebiet der Wärmebehandlung gibt es auch das Phänomen der „schweren Hitze und leichten Kälte“, dh die Bedeutung von Heizgeräten und -prozessen wird jedoch vernachlässigt Abschreckkühlung.

  Es gibt viele Arten von Löschmedien, die nach ihren Eigenschaften in zwei Kategorien eingeteilt werden können, die erste ist das Auftreten von Zustandsänderungen, die zweite ist das Auftreten von Zustandsänderungen. Die erste Art von gewöhnlichem Wasser, Salz- oder alkalische Wasserlösung, wässrige Polymerlösung, Emulsion (Aufschlämmung), Abschrecköl usw.; Die zweite Art von gewöhnlichem Salzbad, Alkalibad, Metallbad, Gas, Metallplatte usw. Mit der Entwicklung des Materials, der Wärmebehandlung und der chemischen Industrie haben die industriell entwickelten Länder nacheinander eine Reihe neuer Forschungen und Entwicklungen der verschiedenen Arten von Abschreckmedien, zur Anpassung an die Bedürfnisse der Entwicklung der Fertigungsindustrie und für eine Vielzahl von Abkühlungseigenschaften des Abschreckens und seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften und zur Bewertung der Leistung der Vorrichtung und des Verfahrens usw. schrittweise auf der Grundlage der Vergleichsforschung des Systems, von denen einige System und Standard gebildet haben.

1. Auftragen von Abschrecköl

  Es gibt zwei Arten von Abschreckölen: Pflanzenöl und Mineralöl. Aufgrund der geringen Stabilität von Pflanzenöl wird es in der Luftfahrtindustrie schon lange durch Mineralöl ersetzt. Seit den 1970er Jahren hat China allmählich damit begonnen, mineralbasiertes Abschrecköl zu untersuchen. Bezogen auf die Arbeit fortgeschrittener Industrieländer im Bereich der Abschreckkühlung ist nach langer Forschungsarbeit die Lücke des speziellen Abschrecköls im Wesentlichen gefüllt. Chinas vorhandenes Spezialöl für die Wärmebehandlung umfasst hauptsächlich Schnellabschrecköl, Blankabschrecköl, Schnellabschrecköl, Vakuumabschrecköl, isothermisches Abschrecköl und andere Serien von Spezialabschrecköl.

● Anwendung von mechanischem Öl

  Einige Wärmebehandlungswerkstätten in der chinesischen Luftfahrtindustrie verwenden immer noch N15- und N32-Totalverlustsystemöl (Maschinenöl) als Abschrecköl. Maschinenöl wird hauptsächlich zur Maschinenschmierung verwendet, nicht Wärmebehandlungs-Abschrecköl, in anderen Branchen wurde es grundsätzlich eliminiert. Gemäß JB/T6955-2008 „Technische Anforderungen für gängige Abschreckmedien in der Wärmebehandlung“

  Es zeigt sich, dass die Kühlleistung von N32 viel geringer ist als die des schnell abschreckenden Öls. Bei der eigentlichen Herstellung der Wärmebehandlung wirkt sich die schlechte Kühlfähigkeit schwerwiegender auf die Produkte aus, insbesondere bei Produkten mit einer bestimmten Nebenwirkung, die Auswirkungen sind offensichtlicher.

  Die Verwendung von mechanischem Öl schränkt die Verbesserung des Niveaus von Wärmebehandlungsprodukten bis zu einem gewissen Grad ein. Die Praxis hat bewiesen, dass die Verwendung von professionellem Abschrecköl in der tatsächlichen Produktion eine offensichtliche Auswirkung auf die Verbesserung der Produktqualität hat, und es ist ein unvermeidlicher Trend, mechanisches Öl durch professionelles Abschrecköl zu ersetzen.

  In den letzten Jahren haben immer mehr Luftfahrtunternehmen technische Modernisierungen und Werksverlagerungen durchgeführt und nach und nach professionelles Öl in die Produktionspraxis eingeführt, um das traditionelle Maschinenöl zu ersetzen. Seit 2003 hat das Jincheng Nanjing Electromechanical and Hydraulic Engineering Research Center das schnell abschreckende Öl in die Produktionslinie des Mehrzweckofens eingeführt, und die Produktion ist seit mehr als 10 Jahren stabil. Im Vergleich zum Original-Maschinenöl ist die Oberflächenhärte des Werkstücks gleichmäßiger und der Härtewert höher als im Vorjahr. Gleichzeitig wurde auch die wirksame Tiefe der Abschreckschicht der verarbeiteten Produkte verbessert. Gleichzeitig wurde die Stabilität von Ölprodukten weithin anerkannt, wobei eine langfristige Verwendung die Stabilität des Prozesses immer noch aufrechterhält. Hongdu Aviation Industry Group, Avic Xi ​​'ein Aviation Brake Technology Co., LTD., der Eagle's Aviation Casting (Wuxi) Co., LTD., Ca in the Hair of Transmission Machinery Co., LTD., und andere Unternehmen, in der Prozess der Geräteinnovation und Prozessverbesserung, nehmen Sie nach und nach professionelles Abschrecköl an, um das traditionelle Abschrecköl zu ersetzen, denn die gesamte Qualität der Luftfahrtindustrie bietet die grundlegenden Referenzen für den Aufstieg.

● Anwendung von Vakuumöl

  Das Abschrecken von Vakuumöl ist derzeit einer der Hauptprozesse der Vakuumwärmebehandlung, der von großen inländischen Luftfahrtunternehmen wie SAC, XAC, Chengfei, Hongdu und anderen Luftfahrtunternehmen weit verbreitet ist. Die technische Schwierigkeit bei der Entwicklung der Vakuumölabschreckung ist das Problem der Vakuumölabschreckaufkohlung. In den 1970er Jahren zeigten unsere experimentellen Untersuchungen, dass Vakuum-Ölabschreckung zu Aufkohlung führen und die Ermüdungsleistung verringern kann. In den letzten 30 Jahren wurde die Schlüsseltechnologie des Vakuumabschrecköls und der Vakuumölabschreckoberflächenaufkohlung gelöst.

  Die durch die thermische Zersetzung von Quenchöl gebildeten aktivierten Kohlenstoffatome treten hauptsächlich in der Dampffilmstufe auf. Je höher die Abschrecktemperatur, desto leichter dringt es ein und die Aufkohlungsschicht wird auf der Oberfläche des Werkstücks gebildet. Gleichzeitig wird die Oberfläche des Stahls aktiviert, wenn dieser im Vakuum auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Je höher der Vakuumgrad der Heizkammer ist, desto höher ist der Oberflächenaktivierungsgrad und desto leichter tritt ein Aufkohlungsphänomen auf. Um dieses Phänomen zu verhindern, sollte das Vakuumabschrecköl mit hohem Sättigungsdampfdruck ausgewählt und der Wärmebehandlungsprozess verbessert werden. Beispielsweise kann das Vakuum-Ölabschrecken von Schnellarbeitsstahl eine 30–40 μm dicke aufgekohlte weiße Schicht auf der Oberfläche des Werkstücks bilden. Um das Aufkohlungsphänomen zu verhindern, kann ein geeignetes Erwärmungsvakuum ausgewählt werden, und Maßnahmen wie Gasfüllung vor Öl oder ein zweistufiges Gasöl-Kühlverfahren können ergriffen werden, um die Situation zu verbessern.

Aufkohlung eines Formmaterials durch Vakuumölabschreckung

Abb. 1 Vakuumölabschreckaufkohlung eines Formstoffs

2. Anwendung von wasserlöslichem Abschreckmedium und anderem Abschreckölmedium

  Auch in der Luftfahrtindustrie sind Wasser und wasserlösliche Abschreckmedien weit verbreitet. Wasserlösliches Abschreckmedium wird im Allgemeinen in salzalkalisches wasserlösliches Abschreckmedium und polymeres wasserlösliches Abschreckmedium unterteilt. Salzalkalisches wasserlösliches Abschreckmedium ist die gebräuchlichste Lösung von NaCl und CaCl2, die auch in Luftfahrtunternehmen weit verbreitet ist. Zum Beispiel verwenden einige dicke große Werkstücke aus Kohlenstoffstahl einen Ölkühlprozess mit Wasserabschreckung. Es gibt auch viele Arten von wasserlöslichen Polymer-Abschreckmedien, gewöhnliches Polyglycol (PAG), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylatnatrium (ACR), diese Medien können durch Änderung der Konzentration, Temperatur und Rührweise hergestellt werden seine Kühlkapazität in einem großen Bereich von Änderungen, mit einer Kühlkapazität zwischen Wasser und Öl.

  Das wasserlösliche Polymer-Abschreckmedium PAG ist das am weitesten verbreitete, das in Automobilen, Baumaschinen und anderen Industrien weit verbreitet ist. Die PAG-Abschreckflüssigkeit ist ausgereift, um den Wasserabschrecköl-Kühlprozess zu ersetzen, und hat eine tiefere Abschreckschicht ohne Risse. Aufgrund der Eigenschaften kleiner Chargen und vieler Varianten in der Luftfahrtindustrie wird jedoch traditionell ein Salzbadofen zum Erhitzen verwendet, was die Förderung von PAG-Abschreckflüssigkeit einschränkt. Mit dem Ersatz des Salzofens durch eine Grundbeschickungsanlage wird die PAG-Abschreckflüssigkeit jedoch nach und nach auch auf Eisenmetalle angewendet.

  PAG-Abschreckflüssigkeit wird auch in der festen Lösung von Aluminiumlegierungen von einer kleinen Anzahl von Unternehmen wie Chengdu Aircraft Co., Ltd., Xi 'an Aircraft Co., Ltd. und Comac verwendet. PAG-Abschreckflüssigkeit kann die Verformung der Aluminiumlegierung um mehr als 50 %. Es ist im Ausland weit verbreitet und verfügt über einen ausgereiften Bewerbungsprozess und ein Standardsystem [3,4]. Obwohl Polymer-Quencher teurer als Wasser sind, reduzieren sie die Gesamtkosten, indem sie Verformungen reduzieren, Korrekturstunden reduzieren und Produktausschussraten reduzieren. Boeing zum Beispiel verwendet Polymerlösungsabschreckung, um die Abschreckverzerrung nahezu zu eliminieren, wodurch insgesamt mehr als 600,000 US-Dollar an Kalibrierungskosten pro Jahr eingespart werden.

Vergleich der Abschreckverformung einer 2A12-Platte mit PAG und Leitungswasser

Abb. 2 Vergleich der Abschreckverformung einer 2A12-Platte mit PAG und Leitungswasser

  In der Luftfahrtindustrie haben geschmolzenes Salz, geschmolzenes Alkali und Bleibad auch bestimmte Anwendungen, unter denen geschmolzenes Salz die häufigste Anwendung ist, die hauptsächlich zum Abschrecken der Martensit-Klassierung, zum isothermen Abschrecken von Bainit und zum „Sortenit-Abschrecken“ verwendet wird. Diese Abschreckmedien gehören zu den Medium ohne Aggregatszustandsänderung, nach einigen speziellen technischen Anforderungen des Produkts, ist es schwierig, durch andere Abschreckmedien ersetzt zu werden.

3. Analyse relevanter Standards, die von der Luftfahrtindustrie verwendet werden

  Derzeit umfassen die nationalen und industriellen Standards für Abschrecköl hauptsächlich GB/T 7631.14, GJB 509B, SH/T 0564, HB5415, JB/T 6955, JB/T 13026, JB/T 13347, TB/T 2748 usw. In der Luftfahrtindustrie werden hauptsächlich die beiden Standards GJB 509B und HB5415 übernommen. Es gibt offensichtliche Unterschiede oder sogar Widersprüche in der Klassifizierung von Härteölen und dem Klassifizierungsvergleich der Härteölviskosität.

  Basierend auf den Problemen des Luftfahrtindustrie-Standardsystems organisierte der Forscher Tong Xiaojun vom Beijing Institute of Aeronautical Materials im Jahr 5354 die Überarbeitung von HB 5415 und HB2015. Dem Autor wurde die Ehre zuteil, an der Überarbeitung des Inhalts in Bezug auf das Abschreckmedium teilzunehmen und zu fördern die Verbesserung des unwissenschaftlichen und widersprüchlichen technischen Inhalts in den Standards GJB 509B und HB5415.

  Die Ölindustrie für Totalverlustsysteme ist allgemein als gewöhnliches Abschrecköl bekannt, dh gewöhnliches N15 und N32 (Maschinenöl), aber der Name für gewöhnliches Abschrecköl ist nicht Standard. HB 5415 und GJB 509B werden auch als gewöhnliche Abschrecköle bezeichnet , in dem GJB 509B N15 und N32 zusammen integriert, was der Ölauswahl und Standardverwendung nicht förderlich ist.

  Das Overspeed-Abschrecköl ist nicht in HB 5415 aufgeführt und gehört einheitlich zu den Schnellabschreckölen. Mit der Entwicklung der Industrie wurde Overspeed-Abschrecköl immer häufiger verwendet und kann als eigenständiger Typ verwendet werden. GJB 509B hat auch festgelegt, dass Overspeed-Löschöl als eigenständige Ölsorte verwendet wird. Das Overspeed-Abschrecköl wird hauptsächlich auf Kohlenstoffbaustahl mit geringer Härtbarkeit oder auf Produkte mit hohen Anforderungen an die Abschreckschicht aufgetragen. Seine typischen Eigenschaften sind eine niedrige Viskosität und eine schnelle Abkühlgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen. JGB 509B legt fest, dass die Viskosität 13-21 mm2/s beträgt, aber die Viskosität des Overspeed-Abschrecköls, das in der tatsächlichen Industrie üblich ist, liegt im Allgemeinen zwischen 8-13 mm2/s , und seine Indexanforderungen sind unangemessen. Es wird empfohlen, sich auf die Überarbeitung SH 0564 zu beziehen, Viskosität ≤17 mm2/s.

  Die Viskosität von schnell abschreckendem Öl variiert stark in verschiedenen Standards. JGB 509Bis 21-29 mm2/s und HB5415 ist kleiner oder gleich 20 mm2/s. Die Viskosität von schnell abschreckendem Öl in der Industrie beträgt im Allgemeinen 12-25 mm2 / s. Es wird empfohlen, dass sich der Schnellöl-Viskositätsindex auf SH 0564 und JB / T 6955 bezieht und ≤ 26 mm2 / s beträgt.

  Schnellblank-Abschrecköl ist eine gängige Art von Abschrecköl, das zum Abschrecken von Werkstücken unter Atmosphärenschutz geeignet ist. Die Viskosität von GJB 509B beträgt 35-44 mm2/s und die von HB 5415 ≤ 38 mm2/s. Die Viskosität von handelsüblichem Glanzöl beträgt im Allgemeinen 15-35 mm2/s, die Viskosität von GJB509B ist unvernünftig und praktisch Anleitung ist nicht aussagekräftig. Daher wird empfohlen, dass der Viskositätsindex von Fast Bright Oil gemäß HB38, SH2 und JB/T 5415 ≤0564 mm6955/s betragen sollte.

  Glänzendes Abschrecköl ist für Bedingungen geeignet, die eine hohe Helligkeit der Produkte erfordern. Gegenwärtig wird es in der Automobilindustrie, beim Weichnitrieren und auf anderen Gebieten verwendet, aber dieser Typ ist in JGB 509B nicht spezifiziert. Mit der Entwicklung der Industrie und der Diversifizierung der Nachfrage hat helles Abschrecköl seine spezifischen Anwendungsgebiete. Dieser Typ sollte beibehalten werden, und entsprechende Indikatoren sollten gemäß HB 5415 und JB/T 6955 implementiert werden. In HB 5415 sind zwei Arten von Glanzhärteölen spezifiziert, die ≤18 mm2/s bzw. ≤38 mm2/s sind. Die praktische Ingenieursführung ist jedoch von geringer Bedeutung, daher wird empfohlen, gemäß den relevanten Indizes von JB/T 6955 zu implementieren.

  Vakuum-Abschrecköl ist in Luftfahrtunternehmen weit verbreitet, und die ursprünglichen Klassifizierungsmethoden für schnelles Vakuum-Abschrecköl und Vakuum-Abschrecköl werden immer noch verwendet. Allerdings wird die Viskosität von HB 5415 bei 50℃ getestet, was keine ingenieurtechnische Bedeutung hat und dem horizontalen Vergleich verschiedener Ölsorten nicht dienlich ist. Daher werden gemäß GJB 509B, SH 0564 und JB/T 6955 40℃ zur Bestimmung der Viskosität verwendet. Vakuumöl in HB 5415 hat einen Blindwert bei 25-50 mm2/s (50℃) und GJB 509B hat einen Blindwert bei 30-35 mm2/s (40℃). Das oben erwähnte Vakuumöl ist jedoch in allen Branchen vorhanden, und sowohl HB 5415 als auch GJB 509B weisen Mängel auf. Daher wird der Viskositätsindex von schnellem Vakuum-Abschrecköl und Vakuum-Abschrecköl unter Bezugnahme auf JB/T 6955 und SH 0564 implementiert. Es wird empfohlen, die Viskosität von schnellem Vakuum-Abschrecköl auf 20–35 mm2/s und die Viskosität von Vakuum-Abschrecköl zu ändern Öl 35-70mm2/s.

  Isothermes (abgestuftes) Abschrecköl hat in verschiedenen Normen unterschiedliche Namen. Derzeit wird es in der Industrie als isothermisches Abschrecköl bezeichnet. GJB 509B wird als Niedertemperatur-abgestuftes Abschrecköl und als Hochtemperatur-abgestuftes Abschrecköl bezeichnet, SH 0564 wird als isothermisches Abschrecköl Nr. 1 und als isothermisches Abschrecköl Nr. 2 bezeichnet Abschrecköl, während HB 5415 kein isothermes (abgestuftes) Abschrecköl liefert. Um den Namen zu vereinheitlichen und einen Konsens in der Branche zu erreichen, wird empfohlen, die Bestimmungen in JB/T6955 umzusetzen, die jeweils schnelles isothermisches (abgestuftes) Abschrecköl und isothermisches (abgestuftes) Abschrecköl sind. Die Viskosität von schnell isothermischem (gestuftem) Abschrecköl beträgt 40-70 mm2/s, und die von isothermischem (abgestuftem) Abschrecköl beträgt > 70 mm2/s.

  Der Kühlcharakteristiktest HB 5415 übernimmt den Silbersondenstandard, während der GJB 509B die Sonde aus Nickellegierung anwendet. Da es sich bei der Silbersonde und der Nickellegierungssonde um zwei unabhängige Standardsysteme handelt, besteht zwischen den Daten keine lineare oder Umrechnungsbeziehung. Die Bewertungsmethode der Nickellegierungssonde unterscheidet sich stark von der der Silbersonde. Die Silbersonde wird anhand der charakteristischen Temperatur und der charakteristischen Sekunde bewertet, während der Sondenstandard aus Nickellegierung hauptsächlich anhand der oberen charakteristischen Temperatur, der maximalen Abkühlrate und der unteren charakteristischen Temperatur bewertet wird. Derzeit die meisten Sonden aus Nickellegierungen in China. Um die Implementierung zu erleichtern, wird empfohlen, den Sondenstandard aus Nickellegierung GB/T 30823 für die Messung der Kühlcharakteristik zu übernehmen.

4. Zusammenfassung

  Die Luftfahrtindustrie gehört zur High-End-Ausrüstungsindustrie. Derzeit werden in China noch einige traditionelle Abschreckmedien verwendet, wie z. B. Maschinenöl und Leitungswasser usw., und die Anwendung und Popularität der neuen Abschreckmedien weisen eine gewisse Lücke zu anderen Industriebereichen auf. Gleichzeitig ist das einschlägige Standardsystem der Abschreckmedien der Luftfahrtindustrie nicht perfekt, und es gibt viele unwissenschaftliche und widersprüchliche Probleme. Daher ist es dringend erforderlich, den Standard zu überarbeiten, um die qualitativ hochwertige Entwicklung der Luftfahrtindustrie zu fördern.

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