Гартівне середовище

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к охлаждающим средам для закалки углеродистых и легированных конструкционных сталей. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является закалочная среда, содержащая водный раствор полимера и хлористый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Недостатками указанной закалочной среды являются: Закалочные свойства жидкости (скорость охлаждения в перлитном интервале температур) зависят в основном от содержания ЛСТ. Введение хлористого натрия вызывает уменьшение скорости теплоотвода в интервале перлитных превращений и практически не влияет на скорость охлаждения в мартенситном интервале температур (табл.1). Это вызывает некоторое снижение закаливающих свойств среды (снижение твердости и повышенную склонность к деформируемости и трещинообразованию закаливаемых деталей) (табл.2). Закалочная среда и ее пары вызывают коррозию стальных поверхностей термического оборудования, металлоконструкций и поверхностей обрабатываемых деталей (табл.3). Наличие в лигносульфонатах арабинозы, легко утилизируемой микроорганизмами, приводит к образованию плесени и появлению неприятного запаха, ухудшающего санитарно-гигиенические условия работы в термическом цехе, хлористый натрий только несколько замедляет процесс образования плесени, но не исключает его (табл.3). Содержание хлористого натрия в указанных количествах (5 - 15мас.%) создает опасность забивания трубопроводов, соль осаждается на поверхностях закаливаемых деталей и на термическом оборудовании, что вызывает необходимость периодически проводить интенсивную промывку. Протекание процессов образования плесени, интенсивной коррозии и вынос хлористого натрия из ванны на поверхности деталей вызывает изменения состава и свойств закалочной среды, что отражается на качестве закаливаемых деталей и стабильности свойств. Задача изобретения - разработка состава закалочной среды, обеспечивающей повышение эффективности и стабильности закалочных свойств при обработке изделий из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, уменьшение коррозионного воздействия, улучшение санитарно-гигиенических условий работы в термическом цехе. Поставленная задача решается тем, что закалочная среда, содержащая воду и калийнатрий-кальций аммониевую соль лигносульфоновой кислоты (лигносульфонат технический марки А-ЛСТ) дополнительно содержит в качестве ингибитора коррозии азотистокислый натрий а в качестве антисептика - фтористый натрий следующем соотношении компонентов, мас.%: в Свойства закалочных сред прототипа и заявляемого состава сравнивались по следующим критериям: скорость охлаждения в интервале температур перлитных и мартенситных фазовых превращений (табл.1); твердость, деформируемость и трещиностойкость закаливаемых образцов и деталей из различных марок сталей (табл.2), коррозионная активность закалочных сред и паров по отношению к стали (табл.3); биологическая активность закалочных сред, т.е. способность жидкостей сопротивляться образованию плесени на поверхности ванны (табл.3). Количественная оценка влияния состава закалочной жидкости на свойства по перечисленным критериям осуществлялась следующими методами. Скорость охлаждения в интервале температур перлитного и мартенситного фазовых превращений оценивалась построением и обработкой кинематических кривых охлаждения цилиндрических образцов диаметром 10мм, длиной 40мм из аустенитной стали марки Х18Н10Г. Твердость поверхностей стальных деталей и образцов после закалки в средах различных составов определялась по общепринятым методам Коррозия определялась как на образцах, погруженных в закалочную среду, так и на образцах, находящихся в парах жидкости. Скорость коррозии определялась по формуле где - изменения веса образцов, г; - время пребывания в агрессивной среде, ч; - площадь поверхности образца, см. Биологическая активность сред различных составов оценивалась визуальным наблюдением за состоянием поверхностей ванн. В таблице приведено время хранения закалочных сред до появления плесени на поверхности жидкости (час). Технологические свойства сред, к которым условно отнесены деформируемость закаливаемых деталей и сопротивление образованию трещин определялись следующими методами: деформируемость в процессе закалки оценивалась по изменению ширины паза на образцах в форме диска из стали 40Х с эксцентрично расположенным отверстием и прорезанным пазом; трещинообразование на поверхностях деталей из различных марок сталей после закалки в различных средах определялось методом магнитной дефектоскопии прибором 77ПМД-ЗМ. Влияние изменений составов закалочных сред на перечисленные критерии оценки свойств представлены в табл.1 - 3. Скорость охлаждения в интервале температур перлитных и мартенситных превращении (табл.1). Изменение содержания ЛСТ в пределах 0,5 10,0% позволяет управлять скоростью охлаждения среды в широких пределах в зависимости от степени легирования сталей и сложности конфигурации закаливаемых изделий. В перлитном интервале фазовых превращений скорость охлаждения может изменяться от 180,0 до 31,0°C и в мартенситном от 62,0 до 20,5°C, что позволяет снизить деформируемость и вероятность трещинообразования. При уменьшении содержания ЛСТ менее 0,5% скорость охлаждения среды становится равной охлаждающей способности воды (200град/с). При содержании ЛСТ 10об.% и более величина скорости охлаждения становится практически постоянной. При этом на поверхностях закаливаемых деталей образуется плотная пленка полимера, которую удалить после термообработки можно только механическим путем. Введение азотистокислого натрия в пределах 1,1 - 3,0% и натрия фтористого в пределах 0,5 - 2,0% на закалочные свойства среды влияние оказывает незначительное как в перлитном, так и в мартенситном интервале температур; с повышением концентрации этих добавок наблюдается тенденция к снижению интенсивности охлаждения. Исследования твердости, деформируемости и трещиностойкости представлены в табл.2. Твердость образцов и деталей из углеродистой стали 45, закаленных в средах, содержащих 0,5 ЛСТ, отвечают предъявляемым требованиям после закалки как в известной среде, так и в заявляемой. Деформируемость деталей из стали 45 после закалки в предлагаемой среде почти в 2 раза меньше по сравнению с деталями, закаленными в среде-прототипе. Трещины на образцах и деталях из стали 45 отсутствуют. При закалке деталей из сталей 40Х и 40ХН2МА в средах, содержащих 0,5-2,5 ЛСТ, образуются трещины термические. После закалки в закалочных средах, содержащих 5% ЛСТ, твердость углеродистых сталей находится а нижнем уровне предъявляемых требований, Твердость легированных сталей высокая. Деформируемость деталей, закаленных в предлагаемом составе, на 30 - 40% меньше. На деталях из углеродистых и низколегированных сталей трещины отсутствуют. На поверхностях деталей из высоколегированных сталей наблюдаются отдельные трещины. После закалки в средах, содержащих 10% ЛСТ (предлагаемый состав), твердость деталей из высоколегированной стали отвечает предъявляемым требованиям, деформируемость минимальная, трещины отсутствуют. Изменения содержания и на твердость. Деформируемость и трещинообразование влияют незначительно. Коррозионная и биологическая активность сред (табл.3). Скорость коррозии известной среды зависит от концентрации ЛСТ и изменяется в пределах 2,1 0,9мг/см2 час. В заявляемой среде в качестве ингибитора коррозии вводится азотисто-кислый натрий При содержании 1,1% в составе среды скорость коррозии составляет 0,27мг/см2 час. Повышение концентрации до 3,0% обеспечивает снижение скорости коррозии до 0,08мг/см2 час. При дальнейшем повышении содержания трудно обеспечить полное его растворение, что может привести к закупорке трубопроводов закалочной системы. При снижении концентрации менее 1,1% скорость коррозии в среде повышается. Аналогичное влияние оказывает на процесс коррозии сталей в парах закалочных сред. Интенсивность процесса образования плесени, являющейся продуктом утилизации арабинозы лигносульфонатов микроорганизмами, зависит от состава компонентов. В известной среде, содержащей поверхности хранения. ванны появилась Жидкость, плесень на через 480час содержащая покрылась плесенью через 920час. В качестве антисептика в предлагаемую закалочную среду вводится фтористый натрий в количестве 0,5 - 2,0мас.%. Количество назначается пропорционально содержанию ЛСТ, поскольку концентрация лигносульфоната определяет интенсивность процесса плесенеобразования. При содержании менее 0,5% плесень образуется даже на составах, содержащих 0,5 ЛСТ, через 500 - 600ч хранения. Введение более 2% не эффективно. Таким образом, заявляемая среда в отличие от известной позволяет регулировать скорость охлаждения закаливаемых деталей в широких пределах, что позволяет проводить упрочнение углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, обеспечивая предъявляемые требования по твердости, трещиностойкости, деформируемости. Среда не вызываетобразования коррозии обрабатываемых деталей и термического оборудования, не образует плесени на поверхности, не вызывает ухудшения санитарно-гигиенических условий работы в цехе. Среда; не горюча, не токсична, безопасна при попадании на кожный покров, не содержит дефицитных и дорогих компонентов. Закалочную среду готовят смешиванием •компонентов и их растворением в воде, после чего среду можно сразу же использовать.