ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 59
Скачиваний: 1
Е. И. Фрумин
НАГРЕВ СТАЛИ В СИНТЕТИЧЕСКИХ ШЛАКАХ
ИЗДАТЕЛЬСТВО „ТЕХНІКА1 |
КИЕВ —1973 |
6П4.5
Ф93
УДК 621.785.1
Нагрев |
стали в |
синтетических шлаках. Ф р у - |
м и н |
Е. И. «Техиіка», 1973, 132 стр. |
|
Описаны новые |
нагревательные среды—синтети |
ческие шлаки, предназначенные для использования в качестве жидких теплоносителей при термообра ботке стальных изделий, их физические, физико-хи мические и теплофизическне свойства. Технологи ческие особенности шлаков рассмотрены в сопостав лении со свойствами расплавленных солей. Приве дены типы специальных печей-ванн и режимы нагре ва в расплавах. Даны практические рекомендации по промышленному применению шлаков и печей. Показаны возможные области применения шлаковых расплавов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников заводов и научных учреждений.
Табл. 24, илл. 76, библ. 127. Рецензент ннж. Л. З-Неймарк
Редакция литературы по тяжелоіі промышленности Заведующий редакцией ннж. В. И. Кравец
д|25 |
151 |
Ф - М 2 0 2 |
(04)-73 БЗ-30-18-72 |
( С ) Издательство «Техиіка», 1973 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
В широкий круг проблем термической обработки стали, которые техника сегодняшнего дня ставит перед метал лургами, входит разработка жидких сред для безокислитель ного нагрева стальных изделий. Широко распространена термообработка с нагревом в расплавленных солях.
В случае использования в качестве жидких теплоносите лей расплавленных солей возможно быстро и равномерно нагревать изделия до заданной температуры, с высокой точностью регулировать температуру нагревательной сре
ды. |
Вместе |
с тем соляные |
ванны |
имеют |
ряд |
недо |
|||||
статков: |
в |
них |
происходит |
разъедание |
|
поверхности |
|||||
стали; |
для |
устранения |
|
окисления |
и |
обезуглеро |
|||||
живания |
|
необходимы |
специальные |
добавки. |
Боль |
||||||
шинство |
добавок |
действует |
непродолжительное- |
|
время. |
||||||
Для |
борьбы с обезуглероживанием во Всесоюзном |
научно- |
|||||||||
исследовательском |
инструментальном |
институте |
(ВНИИ) |
||||||||
разработаны |
специальные |
«самораскисляющиеся» |
смеси |
||||||||
солей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Соли и металлы плохо смачивают сталь — при переносе детали в закалочный бак происходит дополнительное окис ление поверхности кислородом воздуха, а при закалке в воде (масле) образуется пригар. Разъедание, нарушаю щее микрорельеф поверхности, и обезуглероживание сни жают усталостную прочность изделий, стойкость инстру мента, приводят к браку.
Процент готовности изделий, проходящих термообра ботку с нагревом в соляных ваннах, большей частью весьма высокий; значительная часть стоимости деталей связана с расходами на предварительную механическую обработку.
3
Поэтому брак здесь крайне нежелателен. Снижение же ка чества деталей (инструмента, нормалей, пружин и др.), подчас неощутимое на заводе-изготовителе, влечет за собой снижение производительности, простои и поломки у потре бителя и приносит большие убытки народному хозяйству.
Весьма актуальной задачей является разработка новых нейтральных жидких теплоносителей, лишенных недостат ков солей и металлов,—сред, гарантирующих отсутствие окисления и обезуглероживания в процессе нагрева, хоро шо смачивающих сталь и предохраняющих стальные изде лия от окисления кислородом воздуха в момент переноса, обеспечивающих получение светлой и чистой поверхности непосредственно после закалки, с тем, чтобы свести к мини муму потери от брака и расходы на последующуюобработку. И. И. Гущина, Л. Б. Ефимова, А. И. Козлов, Ю. А. Паньков использовали для этих целей расплавы силикатных сте кол; Ф. Рапатц, 3. Вуйцик, М. Харольд применяли более легкоплавкие — боратные стекла.
В Институте электросварки им. Е. О. Патона под руко водством И. И. Фрумина на базе флюсов, применяющихся для индукционной наплавки, С. Б. Якобашвили и автором были разработаны шлаки АН-ШТ1 и АН-ШТ2. На Донецком комбинате камнелитных и керамических изделий освоен промышленный выпуск этих шлаков. Благодаря творческо
му |
поиску и разработкам Н. |
К. Бизика, |
П. |
Ф. Черня |
|||||
ка, |
В. |
П. Сотченко, В. Ф. Барабаша, |
В. |
А. |
Дорофеева, |
||||
М. Я- |
Фридмана, |
А. И. Панасюка, |
Е. А. Смольникова, |
||||||
В. И. Снежко и других шлаки |
получили признание в про |
||||||||
мышленности. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Автор считает |
своим |
долгом |
выразить |
благодарность |
||||
А. П. Жѵдре за помощь |
в работе и при оформлении руко |
||||||||
писи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отзывы о книге просим направлять по адресу: 252601, |
||||||||
Киев, |
1, ГСП, Пушкинская, |
28, |
издательство |
«Техніка». |
П Р И М Е Н Е Н И Е Ж И Д К И Х Т Е П Л О Н О С И Т Е Л Е Й
ДЛЯ Н А Г Р Е В А |
С Т А Л Ь Н Ы Х И З Д Е Л И Й |
Соли и металлы как |
нагревательные среды |
В качестве теплоносителей обычно применяют галоидные соли натрия, калия и бария. Из более чем пятидесяти соста вов, описанных Е. А. Смольниковым [76], наибольшее рас пространение в среднетемпературных ваннах получили сме си ВаС12 с NaCl и KCl с NaCl. Кривые плавкости смесей этих солей приведены на рис. 1. В качестве среды для нагрева используют естественные минералы — сильвинит и карнал лит. Д. В. Семенцова и Г. А. Бухалова [65] исследовали системы хлоридов натрия, калия, кальция и бария с темпе ратурами плавления ниже 440° С. При нагреве до 700— 1100° С в солях успешно производится термическая обра ботка пружин, штампов и инструмента, ответственных из делий из мартенситных нержавеющих сталей и проволоки из аустенитной стали, нормалей, бритв и других деталей. В настоящее время созданы и работают специальные агре гаты и линии для термообработки с нагревом в соляных ваннах. Стальные изделия на приспособлениях перемеща ются из одной ванны в другую с помощью рычажных или цепных механизмов и цепного конвейера. В СССР такие закалочные агрегаты работают на Сестрорецком, Харьков ском, Львовском инструментальных заводах, Вильнюсском заводе сверл, заводе «Фрезер», Ленинградском Кировском машиностроительном заводе и ряде других предприятий. Кроме нагрева под закалку, расплавы галоидных солей ис пользуют для отжига, пайки сталей твердыми припоями, нанесения диффузионных покрытий и т. п.
Практика показывает, что наряду с преимуществами ши роко распространенные соляные ванны имеют серьезные
б
недостатки. В контакте со сталью при высоких температу рах расплавленные галоидные соли нестабильны. Они вызы вают коррозию поверхности обрабатываемых деталей. При попадании воды в расплав возникают выбросы. Треск и выб росы раскаленной соли наблюдаются при закалке в воду деталей- с полостями, заполненными солью. Это приводит
юоо\
964
BOO
77S
700 |
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
s. |
|
xjf648°C |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
SOда |
|
|
|
|
|
|||
600 |
|
5Т/.8ааг |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
500 |
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
го |
40 |
SO |
к |
800 |
1000 |
.1200 |
1W |
||
О |
|||||||||
NaCl |
|
|
Молярные % 8аСІг |
|
Температура расплаба'С |
|
|
KCl |
|
|
Рис. 1. Кривые плавкости наиболее |
Рис. 2. Изменение давления |
|||
распространенных |
соляных |
смесей |
паров над расплавом: |
|
для среднетемпературных ванн: |
/ — борного |
ангидрида; 2 — |
||
/ — NaC! — ВаСІ,; |
2 — NaCl |
— K C l . |
свинца; 3 — |
NaCl; 4 — K C l . |
иногда к ожогам и травмам. Галоидные соли обладают высокой упругостью пара при рабочих температурах; давление паров NaCl и КСІ показано на рис. 2.1
Токсичные пары н газы вызывают необходимость в энер гичной вытяжной вентиляции, затрудняется измерение температуры расплава оптическими приборами, ухудша ются условия труда. Соли щелочных и щелочноземельных металлов на границе с воздухом вступают в реакцию с кис лородом и углекислым газом, образуя окислы и карбонаты, что, в свою очередь, приводит к обезуглероживанию нагре ваемых деталей. Во избежание этого рекомендуется по крывать зеркало ванны углем или графитом. Однако такая мера полностью не исключает обезуглероживание.
6
Расплавы галоидных солей разъедают поверхность ста ли. Разъедание, особенно интенсивно протекающее по гра ницам зерен, приводит к тому, что в расплав выпадают отдельные зерна металла. Эти зерна быстро переходят в окислы. 10. А. Геллер, И. Ф. Афонский и другие показали, что увеличение содержания окислов железа в расплаве галоидных солей приводит к увеличению глубины обезуглероженного слоя [2, 21, 731.
В результате взаимодействия солей, окислов железа и кислорода образуются ферриты, например Na2 Fe2 04 . Ион Ре2С>4~отдает кислород и восстанавливается до FeO. При этом обезуглероживается поверхность стали, а углерод окисляется. Окисление железа в расплавах с образованием ферритов описано И. Н. Богачевым и Р. И. Минцем. Обезуглероженный слой, образующийся при нагреве деталей из инструментальных сталей, ухудшает их качество, так как способствует привариванию стружки. В первую оче редь это относится к такому инструменту, у которого не все грани и режущие кромки затачиваются и шлифуются и где появление обезуглероженного слоя приводит к снижению стойкости [37, 1051. При работе, например, сверла нали пание и последующее приваривание стружки происходит на поверхности нешлифованной винтовой канавки. Прива риванию стружки способствует нарушение микрорельефа из-за разъедания. В равной степени этот процесс износа ха рактерен для резьбонарезных и резьбонакатных плашек, метчиков и т. д.
В результате обезуглероживания уменьшается предел выносливости. Это нужно учитывать при нагреве под за калку холодновитых пружин. Обезуглероживание способ ствует появлению трещин при закалке и уменьшает срок службы изделия.
Э.Бейн и X. Пакстон [1021 показали, что закаливаемость
ипрокаливаемость стали тесно связаны с состоянием по верхности в момент охлаждения. Из зависимостей, приве денных на рис. 3, следует, что максимальная твердость
7
соответствует нагреву в среде, исключающей обезуглеро
живание. |
Эти |
данные |
подтверждаются |
исследованиями |
||||||||||||
Ю. А. Геллера |
и И. А. Бурусиной [20]. При закалке с пред |
|||||||||||||||
варительным |
|
нагревом |
в |
соляной |
ванне |
максимумы |
на |
|||||||||
частотных |
кривых |
поверхностной |
твердости |
|
сдвигаются |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вправо по сравнению с нагревом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
печи (рис. 4). |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для борьбы с окислением и |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
обезуглероживанием предложены |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
различные присадки к солям: бу |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ра, цианистый натрий, древесный |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
уголь, ферросилиций, желтая кро- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 |
|
|
Печь/ |
V A |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•а |
|
|
\ |
41>ігохг с0/1ь |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
V ЬѴ |
|
|
б |
4 |
г |
|
о |
г |
4 |
б |
|
|
|
|
|
|
л "Г |
|
|
|
61,562 |
|
63 |
64 |
|
65 |
66 |
|
|||||||
|
Расстояние |
от центра, |
мм |
|
|
|
|
Тбердость НЙС |
||||||||
Рис. |
3. Распределение |
твердос |
Рис. 4. Поверхностная |
твердость |
||||||||||||
ти по сечению стального (0,7%С; |
инструмента |
толщиной |
9 мм из |
|||||||||||||
0,4% |
Мп) |
цилиндра |
012,7 м м , |
сталей |
X и 120Х |
(1,2% |
С; |
1,3% |
||||||||
закаленного |
в масле при темпе |
Cr; 0,4% |
Мп) при закалке в масле |
|||||||||||||
ратуре 870° С, в зависимости от |
с нагревом в печи |
и в соляной |
||||||||||||||
способа нагрева |
[102]: |
|
|
ванне |
[20]. |
|
|
|
|
|
||||||
/ — нагрев в раскисленной свинцо |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
вой |
ванне; |
|
2 — |
в |
нераскнсленной |
вянаясоль. Буру вводят обычно |
||||||||||
свинцовой |
ванне; |
3 — в |
защитной |
|||||||||||||
атмосфере; |
4 — в атмосфере |
воздуха . |
через каждые 4 ч в высокотем |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пературные (рассчитанные на работу выше 1000° С) ванны в количестве 1% от веса соли; в среднетемпературные (720—950° С) — в количестве 0,8% от веса соли. Ферроси лиций и кристаллический кремний вводят с такими же интервалами, как и буру, в виде порошка в высокотемпера турные ванны в количестве 0,5% от веса соли.
8
Некоторые из вышеуказанных добавок вызывают не желательные побочные эффекты. Так, при добавке NaCN происходит интенсивное газообразование вследствие проте кания реакции
6NaCN + 5Fe2 03 = 3Na2 C03 + 3C02 + 3N2 + 5Fe. (1)
На поверхности расплава образуется твердая пленка, в которой содержится значительное количество железа. Ван на неспокойна, она пенится, дымит и снова загрязняется, потому что образовавшееся железо быстро окисляется. Этот процесс приводит к сильной коррозии стенок тигля.
При использовании в качестве <фаскислителей» желтой кровяной соли и частично ферросилиция содержаще еся в них железо в расплавах хлоридов щелочных метал лов окисляется до соединений трехвалентного железа,
которые являются |
сильными окислителями [40, 411. С уве |
|
личением |
содержания Fe2 03 в расплавах хлоридов натрия |
|
и калия |
уже при |
820° С повышается скорость коррозии |
и обезуглероживание. Нагрев стальных деталей в соляных ваннах, «раскисленных» желтой кровяной солью, может привести к их преждевременному разрушению [61]. Рас плавленные соли NaCl и KCl обычно содержат примеси, которые активно окисляют и обезуглероживают сталь. Для борьбы с этими явлениями применяют в качестве раскислителя активированный березовый уголь «БАУ», поро шок кремния или карбида кремния. С той же целью была предложена добавка MgFe2 (от 1 до 50%) [118]. Система ВаС12 — MgF2 описана в работе [62]. Авторы указывают на повышение температуры плавления смеси при увеличе нии содержания MgF2 , образование шлака и хлопьев. Однако добавка MgF2 как средство борьбы с обезуглерожи ванием была успешно применена Е. А. Смольниковым
[70]; во ВНИИ разработаны |
специальные смеси ВаС1.2, |
|
NaCl и MgF2 |
[72]: БМ5, БМЗ, БНМ2, которые выпускаются |
|
Винницким |
химкомбинатом |
по МРТУ 6—08—22—66. |
9