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

пост тигля из стали Х24Н12СЛ, контактировавшей с рас­ плавленной солью в течение » 300 я при температурах 880—900° С; видна интенсивная межкристаллитная кор­ розия.

ОМ

Расстояние от края, мм

Рис. 49. Разъедающее действие шлака АН-ШТ2 (а), пищевой поваренной соли по ГОСТ 13830—68 сортов «Второй» (б), «Эк­ стра» (в) и химически чистой NaCl (г) при температуре 860 С.

При нагреве в шлаках в рабочем интервале температур практически не происходит разъедания поверхности сталь­ ных изделий. Разъедание может начаться при превышении верхнего предела рабочих температур (1100° С для АН-ШТ1 и 900° С для АН-ШТ2). При высоких температурах может происходить растворение металлического железа в расплаве

61

стекломассы. Коррозия начинается на границах зерен, а затем распространяется вдоль этих границ.

При оценке разъедающего действия расплавов по раз­ ности в весе образцов до и после испытания, отнесенной к единице поверхности, весьма неудобно извлекать образцы из расплава. В работе [86] описана простая и надежная методика. Для оценки разъедающей способности распла­

в расплавы солей и в шлаки и выдерживали при рабочей температуре в течение 35 мин. После этого образцы промы­ вали в горячей воде и на профилографе записывали глу­ бину разъедания поверхности. На рис. 49 штриховая линия соответствует исходной поверхности металла. По соотно­ шению площадей светлых полей (между штриховой линией и пилообразной кривой) можно судить об относительной разъедающей способности расплавов.

Разъедание в шлаке во много раз меньше, чем в пова­ ренной соли по ГОСТ 13830—68, применяемой многими заводами. Разъедание в соли квалификации «ХЧ» незначи­ тельно, однако следует учесть, что соляные ванны, в отли­ чие от шлаковых, весьма чувствительны к присутствию окислов и примесей,— они быстро стареют и их разъедаю­ щая способность возрастает.

З а щ и т н ое действие шлаковой пленки

Галоидные соли плохо смачивают сталь и остаются на ней, лишь задерживаясь на неровностях поверхности. При повы­ шении температуры смачивание улучшается незначительно. Стекла и шлаки, применяемые в качестве нагревательных сред, практически мгновенно растекаются по стали, обра­ зуя сплошную пленку на поверхности детали. Эта пленка должна удовлетворять двум необходимым требованиям:' толщина ее должна быть минимальной с тем, чтобы не ме-

62

шать процессу закалки; в то же время она должна быть достаточно плотной, чтобы препятствовать проникновению кислорода воздуха, обезуглероживающего сталь и способ­ ствующего интенсивной коррозии при извлечении нагретой

тий. Очевидно, в боратных стеклах имеет место аналогичная зависимость.

Известные методы определения газопроницаемости шла­ ков весьма сложны [85]. Наиболее простые из них основаны на исследовании разъедания поверхности металла, погру­ женного в расплав [64]. Боратные шлаки практически не вызывают разъедания стали в рабочем интервале температур. Для определения кислородопроницаемости таких шлаков был видоизменен метод фольги, при котором тонкая лента из высокоуглеродистой стали после нагрева и выдержки в расплаве охлаждается в воде, а затем в ней определяется среднее содержание углерода. Образцы — две полоски

63

холоднокатаной высокоуглеродистой ленты длиной по 70 мм, толщиной 0,8 мм и шириной 20 мм нагревали на подвеске в расплаве солей и шлаков в течение 15 сек, затем переноси­

64

В крышке и дне имеются отверстия для циркуляции воз­ духа.

На рис. 52 представлена зависимость содержания угле­ рода в ленте от времени выдержки при температуре 800° С. Изменение содержания углерода в фольге служит показате­ лем кислородопроннцаемости пленки, характеризует ее способность защищать нагретую сталь на воздухе. При на­ греве в атмосфере воздуха (кривая 1) содержание углерода в течение 40 мин в фольге без какой-либо защитной пленки падает от 1,33 до 0,29%. Образцы, покрытые пленкой соли, характеризуются резким падением содержания углерода; хлористый барий служит несколько более надежной защи­ той, чем хлористый натрий. Следует отметить, что соли активно разъедают поверхность стали — через 10 мин фольга полностью разрушается. В образцах, покрытых пленкой шлака АН-ШТ1, уменьшение содержания углеро­ да весьма незначительно (кривая 2): в течение 40 мин от 1,33 до 1,2%.

Таким образом, пленка шлака надежно предохраняет изделие в процессе переноса из печи-ванны в закалочный бак. Это особенно важно при термообработке инструмента, например, плашек из стали 9ХС или ХВСГ, накатных роли­ ков из стали Х12М и т. п., где острые зубчики мгновенно обезуглероживаются на воздухе.

Закалка из шлаковой ванны

Детали, извлеченные из шлаковой ванны, покрыты плотной равномерной пленкой шлака толщиной около 1 мм, которая надежно защищает их поверхность от доступа возду­ ха вовремя переноса в среду, где происходит закалка. При погружении в воду или в масло пленка твердеет. Поскольку коэффициент термического расширения шлаковой пленки отличается от коэффициента расширения стали, то в пленке при температурах ниже 500—600° С возникают большие напряжения. При дальнейшем снижении температуры плен-

ка разрушается и осыпается. Осыпание защитной пленки со­ провождается легким треском. В этот момент охлаждающая жидкость контактирует непосредственно с поверхностью металла и скорость охлаждения возрастает.

А. Розе, Л. В. Петраш и другие использовали в качестве образца для записи скорости охлаждения серебряный ша­ рик, хромелевый элемент термопары приваривался в его центре. Вторым элементом термопары являлся сам шарик,

юоо

воо

600

400

ц/000 m воо

Рис. 53. Изменение температуры центра шарика из стали ШХ15 диаметром 4,5 мм, закаленного в машинном масле СУ, после нагрева в атмосфере воздуха (а) и вшлакеАН-ШТІ (б).

Для исследования термического цикла закалки деталей, покрытых шлаковой пленкой, в целях приближения к реаль­ ным условиям мы записывали температуру в центре шарика из стали ШХ15 диаметром 4,5 мм. Спай хромель-алюмеле- вой термопары (диаметр проволок 0,3 мм) был запаян точно в центр шарика. Нагрев производили в электропечи и в шлаковой ванне (шлак АН-ШТ1), охлаждение — в машин­ ном масле СУ. Запись значений температуры выполнялась осциллографом (рис. 53). Как видно из осциллограмм, при закалке из электропечи скорость охлаждения в интервале минимальной устойчивости аустенита составляла около

66

иная картина: скорость охлаждения в первом интервале была несколько меньше, но зато в интервале мартенситного

ным уменьшением температуры (исчезал тепловой барьер между поверхностью стальной детали и охлаждающей сре­ дой)—температура поверхности падала на 150—200° С. В результате этого эффекта поверхностная твердость зака­ ленных деталей получалась более однородной, в основном, за счет повышения нижних значений твердости (табл. 10).

Аналогичные результаты были получены при закалке сталей 9ХС, 2X13, ШХ15, Х12М и др. Плашки MIO X 1,5 из стали ХВСГ, охлажденные на воздухе после нагрева

в расплаве АН-ШТ2, показали стабильную твердость — HRC = 62 ч- 64. Это свидетельствует о том, что пленка шлака не мешает закалке. Повышение поверхностной твер­ дости на 1—2 единицы при закалке с нагревом в шлаках

повышение твердости достигает 3—4 ед. HRC (40Х, 2X13, 4Х13, X12М). Следует отметить, что эффект повышения твер­ дости сохраняется при низкотемпературном отпуске. Для проверки, отражается ли повышение твердости на повыше­ нии предела прочности, образцы из стали 40Х были нагреты в равных условиях в раскисленной соляной ванне и в расплаве шлака АН-ШТ2, а затем закалены в масле. На рис. 55 представлены результаты испытаний, проведенных после отпуска при 200° С и обработанных методом статисти­ ческого анализа [68]. Сдвиг максимума на частотной кри­ вой предела прочности образцов, нагретых в шлаке, со­ ответствует повышению твердости при закалке из шлаковой ванны.

Тот факт, что твердость при закалке повышается, очень важен при производстве инструмента. На одном из машино­ строительных предприятий с нагревом в расплаве шлака

68

АН-ШТ1 были закалены накатные ролики из стали Х12М. Стойкость этих роликов при накатке рифлений на стали 38ХС (твердость HB 255—302) повысилась примерно в 10 раз по сравнению с роликами, закаленными с нагревом в печи.

Н. К. Бизик и П. Ф. Черняк провели исследование ме­

ки сталей. Так как поверхность стальных изделий при на­ греве в расплавах шлаков не обезуглероживается и не разъедается, то после термообработки образцы механически не обрабатывались. Для исключения окисления поверхнос­ ти высокий отпуск непосредственно после закалки произво­ дили в запаянных кварцевых трубках.

Сталь 2X13. В табл. 11 приведены механические свой­ ства образцов 010 мм из стали 2X13. После термообработки с нагревом в шлаке АН-ШТ1 механические свойства удо­ влетворяли требования ГОСТ.

69