Перечень применяемых закалочных сред

Среда

Марка или состав (массовая доля, %)

Вода и водные

растворы Вода

Водяной душ

Водоструйная среда

ВОдовоздуш-Вая среда

Водный раствор едких щелочей

То же

Водный раствор глицерина То же

Технический глицерин

Водный раствор поваренной соли

То же

Водный раствор марганцовокислого калия

Водный раствор поливинилового спирта

Масло Масло

Среда

Марка или состаР (массовая доля, %)

5 % NaOH и КОН

10 % NaOH и КОН (40-5-50) % NaOH

н КОН 20-процентиый

40-процеитный 60-процеитный 40 % глицери-ва + 20 % КОН

5-процентный

10-процеитиыЙ 25-процентный 5-7-процентиый

Соляровое Индустриальное 12 (Веретекное 2) Индустриальное 20 (Веретенное 3) Индустриальное 30 (Машинное Л) Иидустриаль-

иое 45 (Машинное С) Индустриальное 50 (Машинное СУ) Цилиндровое

легкое 11 Цилиндровое легкое 24 (Вискозин) Цилиндровое тяжелое 38 Цилиндровое тяжелое 52 (Вапор) Трансформаторное Авиациоииое МС-20

Расплавы солей и щелочей

Селитра натриевая

Селитра калиевая

Селитра калиевая + интрит натрия

Селитра калиевая + селитра натриевая

Едкий иатр

Едкий калий

Едкий калий -f-+ едкий иатр

То же

Едкий иатр + селитра калиевая

Едкий натр -f селитра натриевая

Едкий иатр -f-повареииая соль

Карналлит (естественный минерал)

Тройная смесь хлористых солей

То же

Двойная смесь солей

Тройная смесь солей

Расплавленные металлы

Свинец Олово

Свинец + олово

Воздушные среды

Воздух койный

Воадух давлением

Прочие среды

Псевдоожи-жепиыЯ кипящий слой

Металлические плиты

100 % NaNO,

100 % KNO,

55 % KNO, -1-+ 45 % KNO,

KNO, -1-+ 50 % NaNOs

100 % NaOH 100 % KOH 20 % NaOH + + 80 % KOH с добавкой 6 % HjO 25 % NaOH -1-+ 75 % KOH с добавкой 6 % HjO 37 % NaOH -f -f 63 % KOH 30 % NaOH -f + 70 % KNO.

75 % NaOH -I-+ 25 % NaNO,

60 % NaOH H + 40 % Nad KCl-MgCl,-6H2i

33,3 % KCl + + 33,3 % Naa-J-+ 33,4 % Bads 30 % BaClj + -f 48 % CaCU+ + 22 % NaCl 50 % KCl -J-+ 50 % NajCO,

44 % NaCl -b + 47 % KjCOj + + 9 % Na,Co;

100 % 100 % 37 % + 63 %

5-10 % заметно повышают охлаждающую способность воды, 5-7-процентный водный раствор марганцовокислого калия снижает ско-. рость охлаждения в интервале мартенситного распада (дает среднюю скорость охлаждения между чистой водой и маслом). Возможно использование 0,15-процентного водного раствора поливинилового спирта, охлаждающая способность которого является промежуточной между скоростью охлаждения в чистой воде и масле. Водные растворы щелочей, солей и глицерина все шире применяются в термических цехах, так как обеспечивают интенсивное охлаждение в перлитном интервале тшпе-ратур и замедленное и равномерное в области низких температур.

Масла. Они широко применяются как охлаждающие закалочные среды, что объясняется нх более низкой охлаждающей способностью по сравнению с водой особенно в интервале температур мартенситного превращения. Охлаждающая способность закалочных масел зависит от их вязкости (температуры). Повышенная температура закалочного масла снижает вязкость и тем самым улучшает охлаждающую способность. Для индустриального масла 12 и 20 наилучшая охлаждающая способность в интервале температур 40-80 °С.

Масло следует перемешивать в закалочных баках, так как при этом достигается отсутствие перепада температур по всему объему масла, что обеспечивает равномерное охлаждение закаливаемых изделий. Перемешивание масла осуществляется при помощи механических мешалок и принудительной струйной циркуляции. Не рекомендуется перемешивание масла сжатым воздухом, так как при этом происходит процесс интенсивного окисления масла.

При закалке в масле с высокой вязкостью затрудняется промывка и очистка деталей. При значительном повышении вязкости (более 40 % первоначального значения) закалочное масло следует заменить свежим. Качество масла оценивают по характеристикам, значения для 50-процентной смеси индустриальных масел 12 и 20 приведены в табл. 20 данные завода ЗИЛ).

20. Показатели для эценки качества закалочных масел

Периодичность проверки качества закалочного масла:

1) в крупных цехах с большой загрузкой закалочных баков и маслоохладительной системы полная проверка свойств масла должна производиться не реже одного раза в месяц;

2) в цехах единичного и мелкосерийного производства, где закалочные баки и маслоохладительные системы работают периодично, проверка вязкости и наличия смол должна производиться один раз в месяц, полная проверка - раз в полгода.

21. Зависимость удельного объема закалояиого масла в баке от температуры нагрева закаливаемых изделий

22. Долговечность закалочных масел

При работе с горячими маслами необходимо учитывать следующее:

1) закалочные баки следует заполнять маслом с учетом увеличения объема масла при разогреве до 180 °С на 10-18 %; при определении емкости закалочного бака можно пользоваться данными табл. 21;

2) закалочное масло с меньшей вязкостью облегчает последующую промывку;

3) поверхность закалочного масла в баке желательно защищать инертным газом или техническим азотом.

В табл. 22 приведены данные о долговечности закалочного масла в различных условиях работы.

В процессе длительной работы масла становятся непригодными для закалки. Изменение свойств закалочных масел обусловливается процессами окисления при контакте масла с нагретой металлической поверхностью изделий. Окислы металлов, имеющиеся на поверхности изделий, вода, присутствующая в масле, ускоряют процессы окисления. Окисление масла протекает более интенсивно при повышенных температурах. Для восстановления закалочных свойств окисленного масла производят его регенерацию или освежение посредством добавления свежего масла. К недостаткам закалочных масел следует отнести необходимость дополнительной операции отмывки и обезжиривания поверхности закаленных изделий, а также пожароопасность.

Для получения требуемых свойств закалочных масел в них добавляют различные присадки (ингибиторы) - вещества, повышающие стойкость масел к окислению, а также улучшающие вязкость и другие свойства. В качестве присадок применяются аминофенол в количестве 0,01-0,1 % от массы масла, ЦИАТИМ-ЗЗО, ЦИАТИЛ1-331, ЦИАТИМ.334 и др.

В настоящее время для закалки ответственных изделий машиностроения применяются специальные закалочные масла с хорошими антиокислительными свойствами и сопротивлением загущению (табл. 23). Для обеспечения постоянства скорости охлаждения масла используют при определенной рабочей температуре.

Расплавы солей и щелочей. Закалка в горячих средах - расплавах солей и щелочей - прочно вошла в практику термической обработки деталей и инструмента. Этот метод термической обработки позволяет получать более высокие механические свойства стали, наименьшие деформации, избежать появления трещии, а в некоторых случаях достигнуть светлой поверхности закаливаемых изделий, не нуждающихся в последующей очистке. Однако соли и щелочи имеют и существенные недостатки. К ним следует отнести низкую теплопроводность, что вызывает необходимость применения перемешивающих устройств, непо-38

23. Нефтяные масла для закалки *

стоянство состава при работе, а в ряде случаев разъедание поверхности закаливаемых изделий и наличие вредных выделений. Все это требует дифференцированного подхода к вопросу применения горячих сред для закалки. Поэтому, когда позволяет критическая скорость охлаждения для данных марок стали и при наличии достаточной вентиляции, можно применять для закалки расплавы солей и щелочей.

Воздух. Применяется в качестве охлаждающей среды при закалке только высоколегированных марок стали, имеющих невысокую критическую скорость охлаждения. Для охлаждения нрименяется спокойный и сжатый воздух. Недостатком этого способа является ограниченность размеров изделий, подвергаемых закалке, образование пленки окислов, трудно удаляемой при очистке, и повышенный шум при применении сжатого воздуха.

Водовоздушиые смеси. Эти смеси находят широкое применение особенно при термической обработке крупногабаритных изделий из легированных марок стали. Охлаждающая способность водовоздушной смеси, подаваемой на поверхность закаливаемых изделий через форсунки специальным наконечником (для увеличения угла распыления), может изменяться в широких пределах и зависит от количества расходуемой воды, интенсивности подачи охлаждающей смеси и расстояния форсунок от охлаждаемых поверхностей.

Скорость охлаждения при малой степени увлажнения соответствует скорости охлаждения в масле. Повышение степени увлажнения увеличивает скорость охлаждения, которая достигает предела при определенном количестве подаваемой воды. Дальнейшее увеличение расхода воды не приводит к повышению скорости охлаждения. Интенсивность подачи охлаждающей смеси определяется давлением воздуха в форсунке-распылителе. Расход воды определяется размером и конфигурацией изделия. Водовоздушное охлаждение может быть использовано при нагреве т. в. ч.

В последнее время применяют установки водоструйного охлаждения. Этот перспективный способ охлаждения (особенно для крупногабаритных изделий) позволяет регулировать скорость охлаждения в широких пределах от достигаемой закалки в масле до закалки в воде. При этом получается весьма удовлетворительная прокаливаемость, хорошие механические свойства и небольшие остаточные напряжения, что позволяет избежать больших деформаций и трещинообразования при закалке.

Псевдоожижеииый кипящий слой. Охлаждение изделий в процессе закалки может производиться в среде мелких твердых частиц (например, в песке), которые поддерживаются во взвешенном состоянии посредством продувки через них воздуха или газа. Такая среда обладает высокой теплопроводностью и поэтому может служить хорошим охла-

дителем. Скорость охлаждения в кипящем сло занимает промежуточ. ное положение между скоростью охлаждения в масле н на воздухр; она зависит от давления и температуры подаваемого газа (воздуха), при этом достигается равномерность охлаждения. При закалке в кипящем слое отсутствуют смачивание поверхности изделий, паровая рубашка и коррозия на поверхности изделий.

Водный раствор жидкого стекла. В последнее время в качестве закалочной среды стали применять водный раствор жидкого силиката, который является заменителем воды и масла. Основными преимуществами жидкого силиката являются: низкая стоимость раствора, негорючесть, отсутствие пригара и окалины на закаленных изделиях, а также вредных выделений во время закалки; получение достаточно высокой твердости без опасности трещинообразования; создание антикоррозионной пленки на поверхности деталей.

Для приготовления водного раствора жидкого силиката применяют жидкое стекло (силикат натрия и др.). Рабочий раствор жидкого силиката получают растворением его водой - на один объем жидкого стекла (удельной плотности 1,5-1,6) добавляется пять-шесть объемов воды. Растюрять жидкое стекло желательно в теплой воде, нагретой до 30-40°С. Для достижения хорошей стабильности и долговечности раствора в работе его необходимо постоянно перемешивать.

Водные растворы полимеров. Водные растворы полимеров в качестве охлаждающей среды при закалке находят все большее промышленное применение, особенно при поверхностной закалке с индукционным нагревом. Рассматривая преимущества водных растворов полимеров как закалочной среды на примере Аква-Пласта и полнакриламида [39], можно сделать следующие выводы:

1) по своей интенсивности охлаждения являются промежуточными между водой и маслом;

2) охлаждающая способность полимерных растворов зависит от их концентрации и температуры;

3) имеют водородное число рН, которое находится между 6 и 7, т. е. от слабокислых до нейтральных (практически как вода); добавкой триэталомина или других ингибиторов водородное число можно поддерживать на заданном уровне;

4) подбирая оптимальный состав и температуру раствора, можно добиваться при закалке изделий высокой твердости, благоприятной структуры, избегать появления трещин и уменьшать деформации;

5) не оказывают вредного влияния на окружающую среду;

6) при длительном использовании полимерные закалочные среды ие изменяют состава и перюначальных закалочных свойств;

7) применение полимерных закалочных сред возможно при различных способах закалки: в нание, спреером и т. д.;

8) растворы полимеров не горят и ие образуют дыма;

9) концентрация раствора легко подается контролю, имеется возможность автоматического регулирования охлаждающей способности раствора;

10) полимерные закалочные среды дают значительную экономию. Закалка в пене. Пена, содержащая 20-25 % воды в пленках и

75-80 % воздуха в пузырьках диаметром 2-5 мм, охлаждает в интервале температур 700-300°С в 2,5-3 раза интенсивнее, чем масло, а при более низких температурах в 2,5 раза медленнее.нем вода. Следовательно, пена с увлажненностью 20-25 % по своей охлаждающей способности занимает промежуточное положение между маслом и водой. Например, при закалке витых цилиндрических пружин сжатия из стали марки 60С2А водяной пеной взамен масла обеспечивается увели-

чение прокаливаемости без образования трещин, а также повышаются упругие свойства н долговечность пружин. Применяются специальные закалочные устройства для приготовления пены и закалки в ней изделий.

В табл. 24-32 приведены сведения по закалочным средам. 9. Прочие данные

В табл. 33-39 представлены сведения, необходимые привыполнении различных процессов термической обработки.

24. Свойства закалочных масел

Закалочная среда

Скорость охлаждения fC/c) при температуре, °С

650-550 300-200

Дистиллированная вода Вода при температуре, С:

10-процентный водный раствор:

едкого натра при 18 °С

поваренной соли при 18°С

соды при 18 °С

серной кислоты прн 18 С 5-процеятный раствор марганцовокислого калия Глицерин

Эмульсия масла в воде Мыльная вода

Минеральное машинное масло Трансформаторное масло

Сплав 75 % олова н 25 % кадмия (температура расплава 175 °С) Медные плиты Железные плиты ВозкуХ1

спокойный

под давлением