Файл: Фрумин Е.И. Нагрев стали в синтетических шлаках.pdf

и плотность шлаков и исследовал зависимость краевого угла смачивания Ѳ от температуры для капли расплавленного шлака, лежащей на нагретой поверхности твердого металла. Сила сцепления — работа ад­ гезии шлака к твердому ме­ таллу — была определена по уравнению Юнга

ностного натяжения и краевого угла смачивания шлаков АНШТ1 и АН-ШТ2 линейно уменьшаются с ростом температуры.

Понижение поверхностного натяжения расплавленных шлаков с повышением температуры может быть связано с увеличением расстояния между отдельными нонами и ослаблением силы межионного взаимодействия. Эти же причины, вероятно, приводят к уменьшению плотности.

В процессе отделения шлаковой пленки в условиях отсутствия окисляющего действия и малой адгезии шлака доминирующую роль играет разность коэффициентов линей­ ного расширения шлака и металла. Чем больше эта разность, тем лучше отделимость (в случае отсутствия условий хими­ ческого сцепления).

На рис. 41 приведены результаты измерений коэффициен­ та термического расширения для обоих шлаков. Благодаря более низким значениям коэффициента термического расши­ рения шлаков АН-ШТ1 и АН-ШТ2 по сравнению с коэффици­ ентами термического расширения сталей, затвердевшая в процессе закалки пленка шлака будет сжиматься медлен­ нее, чем сталь. Возникают напряжения сжатия и пленка самопроизвольно отделяется от закаливаемой детали. Сле­ дует отметить, что при этом в полостях, резьбах, глухих отверстиях шлак может заклиниваться.

Коэффициент теплоотдачи расплавленных боратных шлаков. С к о р о с т ь нагрева в шлаковой ванне

Условия теплообмена между жидкой средой с заданной температурой (с и погруженной в эту среду стальной де­ талью с начальной температурой t0 определяются величиной коэффициента теплоотдачи а. Теоретически рассчитать вели­ чину а для нагрева металла в жидком теплоносителе не представляется возможным.

Д. Я. Вишняков [14] при определении коэффициента теплоотдачи в расплавленных солях пользовался номограм­ мами Д. В. Будрина и Б. А. Красовского [11]. Однако при этом не учитывалось образование и исчезновение пленки :

62

затвердевшего расплава на поверхности металла. Это явле­ ние и его влияние на величину а рассмотрены в работах Д. В. Будрина и Л. С. Швиндлермана [12, 97].

Для более точного определения а была использована электронно-вычислительная машина; при этом предполага­ лось, что величины теплоемкости, теплопроводности, тем­ пературопроводности нагреваемых образцов изменялись не­ стационарно во времени [86]. Для практического определе­ ния а нужно было знать изменение температуры поверхности образца. В качестве образца были взяты цилиндры из стали 40Х диаметром 10—20 мм с отношением lid ^> 5. В средней части образца непосредственно на поверхности устанавли­ вались две хромель-алюмелевые термопары диаметром 0,5 мм. Спай термопары зачеканивался на глубину 1,0— 1,2 мм. Температура поверхности таких образцов оставалась практически постоянной как по длине, так и по окружности цилиндра (на расстоянии больше диаметра от каждого торца).

С образованием пленки на поверхности погруженной детали быстро уменьшается коэффициент теплоотдачи, а затем стабилизируется и растет по мере растворения этой пленки. С увеличением диаметра образца увеличивается толщина корочки.

При нагреве в расплаве соли происходит замедление нагрева в первые 10—20 сек, тогда как при нагреве в рас­ плаве шлака такого замедления не наблюдается. Это связа­ но с тем, что шлаки представляют собой стеклоподобные системы, которые постепенно затвердевают и разжижаются.

Коэффициент теплоотдачи, определяющий скорость на­ грева изделий в жидком теплоносителе, зависит от интен­ сивности циркуляции расплава. Даже незначительное кон­ вективное перемешивание жидкого теплоносителя повыша­ ет значения коэффициента теплоотдачи в 1,5—1,8 раза [4]. Соответственно повышается и скорость нагрева.

Опыты по выяснению зависимости скорости нагрева б шлаке от интенсивности перемешивания расплава были проведены Н. К. Бизиком и П. Ф. Черняком в электрической

53

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Ш Л А К О В

Обезуглероживание и коррозия при нагреве в расплавах

Обезуглероживание является основной технологической характеристикой любого жидкого теплоносителя, исполь­ зуемого для нагрева стальных изделий при термообработке.

Для определения обезуглероживающего действия распла­ вов в практике термической обработки широко применяется метод фольги. Этот метод был использован для сравнитель­ ной опенки обезуглероживания при нагреве в расплавлен­ ных солях и в синтетических шлаках.

Ленту толщиной 0,1 мм, содержащую 1,48% С, выдержи­ вали в расплаве при температуре 860° С или 950° С в тече­ ние 15, 30, 45 и 60 мин. По окончании выдержки образцы охлаждали в воде и определяли содержание в них углерода. Таким образом было исследовано обезуглероживающее действие расплавленных боратных шлаков АН-ШТ1 и АН-ШТ2 и расплавов NaCI различной чистоты (с содержани­ ем SO!- = 0,002%; 0,14% и 1,62%) [101.

Свежеприготовленный расплав химически чистого хло­ ристого натрия лишь незначительно обезуглероживает

55

сталь. Однако при растворении в таком расплаве уже 0,2% Fe2 03 (что очень быстро происходит в практике термообра­ ботки за счет окалины, переходящей в расплав с электродов, перегородки, подвески и т. п.) содержание углерода в ленте

ствие расплава. Одновременно усиливается разъедание; лен-

та из стали Х05 толщиной 0,08 мм разъедается насквозь при температуре 900° С в случае нагрева в расплавленной

соли уже в течение 10 мин. Таким образом, при нагреве деталей в расплавах галоидных солей протекает два взаимо­ связанных процесса — коррозия и обезуглероживание, при­ водящие к нежелательным изменениям свойств и микрорель­ ефа поверхности.

Шлаки АН-ШТ1 и АН-ШТ2 не растворяют кислород воздуха и не восстанавливаются [10]. Благодаря этому поверхность деталей, прошедших шлаковую термообработ­ ку, практически не теряет углерода.

По вышеописанной методике нами была определена интенсивность обезуглероживания И для шлака АН-ШТ1

56