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

чае нельзя заранее сказать, как будет отделяться шлак при закалке,— это определяется конфигурацией детали, тем­ пературой нагрева, температурой закалочной среды, ее составом, способом подвески детали и т. д. Регулируя эти параметры, можно добиться, чтобы окисление поверхности было минимальным. Следует отметить, что полировка пол­ ностью снимает все окисные пленки и что они не препятст­ вуют общепринятым режимам гальванопокрытий.

В процессе термической обработки необходимо система­ тически проверять правильность термических режимов. Шлаковая и щелочная ванны должны быть оборудованы автоматическими контрольно-измерительными приборами с записью термических режимов на диаграммах. Периодиче­ ски, не менее одного раза в смену, температуру ванны и работу потенциометров следует проверять контрольной термопарой.

Основным методом контроля качества термообработки является контроль твердости.. Процент контроля устанав­ ливается технологом в зависимости от требований чертежа.. Детали, прошедшие закалку в воду или в масло и отпуск в печи с воздушной атмосферой при температуре свыше 300° С, перед контролем твердости следует подвергать зачистке на глубину до;=з 0,1—0,2 мм; в случае, если детали отпускали при температуре ниже 300° С, зачистка не обязательна. После светлой изотермической закалки детали для замера твердости можно не очищать.

В случае ухудшения отделимости шлака после закалки следует производить контроль его химсостава на содержа­

шлак следует заменять. Пассивирующий раствор (нитританатрия или соды) следует менять 1 раз в месяц. Щелочные ванны для предотвращения загустевания рекомендуется периодически обновлять. Рабочий, допущенный к термо­ обработке деталей с нагревом в шлаке, должен быть

Ш

проинструктирован в соответствии с общими правилами техники безопасности для работников горячих цехов. При разведении шлаковой ванны, при удалении остатков шлако­ вой корки с деталей следует помнить, что шлак подобно стеклу дает острые осколки, и, во избежание порезов, необхо­ димо работать только в рукавицах, соблюдая осторожность. При преждевременном извлечении деталей из закалочного бака следует остерегаться растрескивания и отскакивания от деталей осколков шлака, не подносить детали близко к глазам, работать только в защитных очках. Шлаковая ванна не реагирует на попадание в нее воды.

Н е к о т о р ы е вопросы экономики

Стоимость шлаков выше стоимости применяемых солей. Если цена исходных материалов, необходимых для приготов­ ления 1 m смеси 78% ВаС12 + 22% NaCl, составляет « 260 руб., то цена исходных материалов, из которых выплав­ ляются шлаки АН-ШТ1 и АН-ШТ2, составляет соответст­ венно 832 и 1568 руб. Отпускная цена на шлаки в 5—8 раз выше отпускной цены на смеси солей БМЗ, БНМ2, разработанных ВНИИ. Однако сама по себе цена не явля­ ется определяющим фактором при расчете экономической эффективности. Так, стоимость 1 m металлического натрия, используемого в качестве жидкого теплоносителя в установ­ ках для непрерывного отжига жести, равна s» 1000 руб. При этом сама установка для непрерывного отжига намного дороже, чем применяющиеся колпаковые печи. Тем не менее, использование расплавленного натрия в качестве жидкого теплоносителя дает возможность повысить про­ изводительность процесса, сэкономить производственные площади и, в конечном итоге, является весьма выгодным.

Расход шлака на нагрев детали невелик, статья рас­ ходов «материалы» при составлении общей калькуляции на изделия незначительны. Так, стоимость шлака АН-ШТ2

112

составляет 0,008 — 0,012% от цены на готовый ин­ струмент.

При внедрении процесса термообработки с нагревом в расплаве шлаков в результате улучшения качества поверх­ ности, ликвидации окисления и обезуглероживания зна­ чительно уменьшаются припуски на последующую механи­ ческую обработку. При этом высвобождается оборудование, уменьшаются трудовые затраты, сокращается расход электроэнергии, уменьшаются эксплуатационные расходы и расходы на вспомогательные и технологические мате­ риалы.

Одновременно ликвидируется процесс дробеструйной очистки,— уменьшается расход сжатого воздуха. В случае дробеочистки частицы чугуна иногда заклиниваются в резьбовых канавках — это приводит к браку, требует введения дополнительной операции — калибровки резьбы. При нагреве под закалку в шлаковом расплаве процесс калибровки резьбы отпадает.

При внедрении термической обработки с нагревом в расплавах шлаков АН-ШТ1 или АН-ШТ2 изменение себе­ стоимости можно определять в расчете на 1 m деталей, переводимых на новую технологию термообработки, либо производить пересчет на поверхность изделий. Последнее вернее, так как именно с поверхностью связаны различные технологические операции (очистка, шлифовка, полировка ит. п.). Данные удельных капитальных вложений, аморти­ зационных затрат и эксплуатационных расходов по раз­ личным технологическим процессам приведены в работе [51 ].

Для осуществления сравниваемых технологических про­ цессов термообработки стальных деталей применяется как однотипное оборудование, так и специфическое для каждого из процессов. При определении величины удельных капи­ тальных вложений однотипное оборудование исключается и в расчет берется лишь стоимость отличающегося оборудо­ вания. Удельная технологическая себестоимость термооб­ работки в расчете на 1 тыс. смг поверхности стальных

113

изделий по сравниваемым вариантам технологических про­ цессов определяется только по тем статьям затрат и опера­ циямг по которым величина затрат изменяется.

Годовой экономический эффект внедрения термической обработки синтетическими шлаками стальных деталей в расчете на 1 тыс. слі2 их поверхности, что соответствует расходу ~ 1 кг синтетических шлаков, определяется по формуле

где Сх и С2 — технологическая себестоимость термической обработки стальных деталей, руб.; Кі и Кз — удельные ка­ питальные затраты по сравниваемым вариантам, руб. за 1 год; Еп — нормативный коэффициент экономической

эффективности, равный 0,12 —î—.

Учитывая, что в результате применения синтетических шлаков в изделиях, подвергнутых термообработке, отсут­ ствуют нарушения микрорельефа поверхности (обезуглеро­ живание, разъедание и пр.), а это повышает их эксплуата­ ционную стойкость по сравнению с изделиями, обработан­ ными по прежней технологии, как минимум, в 1,5 раза, в соответствии с действующей методикой определения экономической эффективности новой техники, себестоимость продукции повышенного качества корректируется по формуле

где С, — себестоимость единицы новой продукции или работы, руб.; 4л — коэффициент повышения срока служ­ бы продукции нового качества. Расчеты показывают, что экономия от внедрения составляет 3—6 руб. на 1 кг израс­ ходованного шлака.

На многих заводах при закалке сталей Х17Н2, 2X13, 9X18 и других на высокую твердость нагрев производят в

114

вакуумных печах. Это уменьшает скорость нагрева, сни­ жает производительность.

Годовой экономический эффект от внедрения новых теплоносителей при термообработке нержавеющих сталеймартенснтного класса составляет « 600—800 руб. на 1 m деталей.

При термообработке инструмента также уменьшается объем последующей механической обработки (например, снимается операция шлифовки заборного конуса у плашек), отпадает операция гидрополировки и т. д. Однако основная экономия здесь может быть получена за счет повышения стойкости инструмента. При повышении стойкости только плашек из сталей ХВГ и 9ХС на 30% величина годового экономического эффекта составит 100—200 тыс. руб. Зна­ чительный экономический эффект может быть получен так­ же от повышения стойкости пружин.

Определяя целесообразность применения термической обработки с нагревом в расплавах шлаков, следует учиты­ вать, что нагрев в шлаках — не всеобъемлющий способ, который может сразу решить все производственные вопросы в сфере безокислительного нагрева, а лишь один из видов такого нагрева; необходимо тщательно подходить к выбору объекта, рассматривая отдельно каждый конкретный случай.

О б л а с ти применения нагрева

сиспользованием шлаков

Предварительный подогрев быстрорежущих сталей. Широ­ ко распространенный способ закалки быстрорежущих ста­ лей с предварительным подогревом в печи и в соляной ванне, состоящей из 78% ВаС12 + 22% NaCl, имеет целый ряд недостатков. Ванну окончательного нагрева необходи­ мо раскислять. Раскисление не гарантирует отсутствие обезуглероживания в течение длительного времени. В про­ цессе окончательного нагрева происходит разъедание

115

поверхности стальных изделий. Попадание NaCl (из ванны подогрева) в ванну окончательного нагрева снижает темпе­ ратуру плавления расплава, летучесть расплава увеличи­ вается. При этом нарушается точность показаний радиаци­ онного пирометра. При несоответствии температуры закал­ ки установленным требованиям резко ухудшается качество термообработки инструмента.

Таблица 23

Результаты сравнительной проверки методом фольги обезуглерожива­ ющей способности существующего (с подогревом в солях) и нового (с подогревом в шлаке) способов нагрева быстрорежущих сталей

*Через 4 ч после раскисления ванны.

Вслучае применения в ванне подогрева в качестве жид­ кого теплоносителя синтетического боратного шлака АН-ШТ 1 исключается первый подогрев (в печи) за счет некоторого уменьшения коэффициента теплоотдачи рас­ плава шлаков по сравнению с расплавом солей. Благодаря достаточной вязкости и отличной смачивающей способнос­ ти расплавленные шлаки надежно защищают нагреваемый инструмент от окисления и обезуглероживания в процессе переноса из ванны предварительного в ванну окончательно­

го нагрева. Пленка стекла, состоящего в основном из В 2 0 3 , надежно предохраняет поверхность быстрорежущей стали от обезуглероживания и разъедания.

116

Предлагаемый способ прошел успешную промышленную проверку, результаты приведены в табл. 23.

Твердость в деталях в обоих случаях была одинаковой. При испытании в ванне предварительного подогрева шлака АН-ШТ1 не было отмечено ни одного случая разъедания де­ талей. При тех же условиях имели место случаи разъедания деталей, проходящих предварительный подогрев в галоид­ ных солях. При длительном использовании расплава боратных шлаков для предварительного подогрева быстроре­ жущей стали в ванне окончательного нагрева может собраться избыточное количество шлака. В таком случае расплавы расслаиваются. Находящийся сверху шлак можно легко скачать; количество В 2 0 3 , растворяющегося в ВаС12, не превышает 3—3,5%.

Применение синтетических шлаков в качестве теплоно­ сителей при пайке и наплавке. Н. К. Бизик провел опыты по пайке велосипедных рам с использованием шлака АН-ШТ1 в качестве теплоносителя и флюса. Припоем служила ла­ тунь Л62. По сравнению с пайкой в соляной ванне, синте­

смачиванию соединяемых поверхностей достигается более полное и надежное проникание припоя в зазоры, чем при пайке в соляной ванне.

В. П. Субботовский и В. Б. Еремеев провели исследо­ вания по печной наплавке с использованием в качестве флю­ сов шлакоз АН-ШТ1 и АН-ШТ2. В камерной печи произво­ дился нагрев изделий с засыпанным в полость либо на по­ верхность изделия наплавочным порошком, смешанным со шлаком. При повышении температуры вначале плавился шлак. Он растворял окислы железа, хрома, затем под слоем шлака плавился присадочный металл. В качестве такового использовался наплавочный порошок типа ХН80СР2 с тем­ пературой плавления 1050° С. При этом происходило рафи­ нирование наплавленного металла, очищение его от окис­ лов. Вследствие более высокой плотности металлического

сплава расплавленные капли опускались на дно по­ лости, хорошо смачивали основной металл и в результате достигалось надежное сплавление с основой. После направ­ ленной кристаллизации были получены детали с плотным износостойким слоем на дне труднодоступной полости. Таким способом в Институте электросварки была наплавле­ на партия корпусов паровой арматуры малых проходов, которая была испытана в производственных условиях с хорошими результатами.

Использование шлака при наплавке жидким присадоч­ ным металлом. Наплавка жидким присадочным металлом — высокопроизводительный процесс. Жидкий металл зали­ вается непосредственно на наплавляемую поверхность де­ тали, помещенной в литейную форму, определяющую конфигурацию и объем наплавки.При этом сама деталь долж­ на быть подогрета до достаточно высокой температуры; например, сталь под наплавку высокопрочным чугуном подогревается до 1200—1250° С (подогрев производится на воздухе токами высокой частоты).

Практическое осуществление такого способа наплавки возможно только при. обеспечении надежной'защиты по­ верхности изделия от окисления в процессе нагрева. При­ меняемые флюсы (шлаки) должны образовывать плотную не­ проницаемую для кислорода пленку, активно смачивающую поверхность стали. Жидкотекучесть флюса должна быть высокой, чтобы он легко смывался заливаемым расплавлен­ ным металлом. В качестве защитных покрытий и флюсов

и др. Для защиты от окисления при армировании шарошек буровых долот И. И. Фрумцн, И. К. Походня и И. В. Кирдо применяли переплавленную смесь буры и борного ангидри­ да, а в качестве связки использовали лак № 302 [91]. Лак,

118

печной сушки, изготовленный из смеси тунгового и под­ солнечного масла с резинатом кальция (или их заменителей), обладает рядом ценных свойств, которые позволяют исполь­ зовать его в качестве связки. Лак № 302 легко разбавляется керосином или уайт-спиритом до нужной консистенции; температура вспышки лака весьма высока.

ки Si02 позволяют повысить вязкость шлака и получить пленку достаточной толщины.

В результате изучения вязкости и поверхностных свой­ ств систем на основе борного ангидрида в институте элек­ тросварки им. Е. О. Патона разработан флюс АН-Ш200, который может быть использован в качестве основы защит­ ного покрытия [93]. Добавки активных фторидов обеспе­ чили плотность пленки, уменьшили ее проницаемость кислородом и повысили растекаемость. Химический состав флюса (шлака) должен быть следующим, % весовых: 21—24 Na2 0; 1,0—2,8 К 2 0; 1,2—2,8 Zr02 ; 0,8—2,8 F2 o 6 u ,; 2,2—4,2