книги из ГПНТБ / Фрумин Е.И. Нагрев стали в синтетических шлаках

Е. И. Фрумин

НАГРЕВ СТАЛИ В СИНТЕТИЧЕСКИХ ШЛАКАХ

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

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

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

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

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,

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

9