У практиці поверхневого зміцнення деталей застосовують спосіб душового охолодження (спрейерной), охолодження зануренням в гартівний бак і потоком рідини.
Найбільш поширеною охолоджуючої середовищем є вода. У проекті будемо застосовувати воду для поверхневого гарту деталей з вуглецевої слали, при цьому охолоджуючу рідину подаємо через Спрейер. Завдяки жидкотекучести води, можна створити прості конструкції спреєр, що забезпечують задовільну рівномірність охолодження.
Охолоджуюча здатність водяного душа залежить від температури: чим нижче температура води тим, більше швидкість охолодження. Підвищення температури знижує швидкість охолодження і є небажаним. При загартуванню гладких поверхонь допустимо застосування води з температурою 20 0 С. Загартування деталей холодною водою (нижче 15 0 С) збільшує ймовірність утворення тріщин. В умовах "МРК" встановлюємо допустимий інтервал коливань температури води в межах 20-40 0 С. При таких коливаннях властивості змінюються незначно.
Якість охолодження залежить від рівномірності омивання гартує поверхні водою, а воно в свою чергу від конструкції спрейера. Отвори спрейера мають діаметр від 1.5-2.5 мм, на 1 см ² поверхні спрейера доводиться 2-10 отворів. При цьому отвори займають 10-20% від загальної поверхні. При витраті води 0.1 см³ / см² для спрейера з сумарною кількістю отворів 20% швидкість струменя в момент виходу становить 0.5м / с. Зменшенням відносної площі отворів і збільшенням тиску в магістралі можна збільшити швидкість виходу струменя.
В даний час застосовуються в промисловості ряд нових негорючих гартівних середовищ, які поєднують властивості масла і води. Вони являють собою водні розчини різних органічних речовин.
Механізм дії цих органічних речовин різний. Вони змінюють температуру кипіння і випаровування води, її в'язкість і т п. Добавки з низькомолекулярних органічних сполук дозволили знизити охолоджуючу здатність води. Найбільший розвиток отримали середовища, що представляють собою водні розчини органічних полімерів. Механізм охолодження в розчинах полімери заснований на зміні в'язкості води, або на зниженні або підвищення розчинності полімерів при зміні температури середовища в контакті з охолоджуючим матеріалом.
Полімерні добавки дозволяють змінити охолоджуючу здатність води в широкому діапазоні швидкостей. При малих концентраціях полімеру охолоджуюча здатність близька до охолодження в воді, зі збільшенням концентрації охолоджуюча здатність близька до охолодження в маслі.
Для гарту деталей специфікованої програми можна запропонувати полімер - поліакриламід. Цей полімер чи не дефіциту, недорогий, негорючий, не отруйний. Цей полімер, одержуваний полімеризацією акриламіду по радикальному механізму, має формулу (С3Н5ОН) n. Являє собою колоїд у вигляді гелю і містить 7-8% акриламіду. Полиакриламид термічно стійкий до температури 200 ° С 0. а при більш високих температурах розкладається з виділенням аміаку і акрилової кислоти.
Щоб приготувати розчин заданої концентрації треба розрахувати потрібну кількість води і концентрату полиакриламида. Для розрахунку користуються формулою:
де М- кількість концентрату полиакриламида, кг;
# 957; - кількість розчину закалочной середовища, кг;
С0 - концентрація основної речовини в технічному поліакриламіді,
Наприклад, потрібно розвести 7т 0.15% - ного розчину поліакриламіду при використанні технічного полімеру із середньою концентрацією основної речовини 7.5%
Отже, треба взяти для розчину 140кг концентрату і 6860кг води. Після приготування розчину відбирається концентрація для контролю.
Контроль концентрації полиакриламида проводиться віскозіметріческім методом. Охолоджуюча здатність полиакриламида залежить від ряду факторів, у тому числі від змісту основного речовини (поліакриламіду) в розчині, тому цей параметр необхідно контролювати.
Оптимальною концентрацією є концентрація розчину поліакриламіду 0.13-0.18%, а допустима концентрація розчину може бути в межах 0.12-0.2%, температура розчину повинна бути вище 35 0 С.
Розчин з концентрацією полімеру 0.1% близький до води по своїй охолоджуючої здатності і в цьому випадку є ймовірність утворення тріщин при загартуванню стали. Розчини з концентрацією 0.2-0.3% забезпечують максимальні швидкості охолодження в 1.5-2 рази нижче ніж води, тому гарт стали таким розчином повинна знизити ймовірність утворення тріщин. Розчини з концентрацією 0.3% і вище мають низьку охолоджуючої здатністю, що призводить до зменшення прокаливаемости, в порівнянні з маслом. Збільшення концентрації більше 0.3% не призводить до помітної зміни швидкостей охолодження, але через значне підвищення в'язкості розчину стає малотехнологічним.