Нагрев стальных заготовок в расплавленном стекле

Л. Б. ЕФИМОВА, А. И. КОЗЛОВ
Горьковский политехнический институт
ISSN 0026-0819. «Металловедение и термическая обработка металлов», № 6. 1965 г.

Для максимального приближения поковок по форме и размерам к готовой детали необходимо получать заготовки после нагрева с минимальной окалиной и обезуглероживанием. Для этого следует использовать безокислительный нагрев металла, например напрев стальных заготовок в расплавленных стекломассах.

Преимущество этого способа заключается в следующем: не требуется специальной атмосферы (как в индукционных печах); обеспечивается эффективная и равномерная скорость нагрева; экономичность; использование в качестве нагревательной среды боя стекла; удаление окалины с заготовки. Во время технологического процесса обработки заготовка изолирована от атмосферы защитной пленкой стекла, которая может быть использована как стеклосмазка при прессовании [1].

Испытания по нагреву в расплавленном стекле проводили в тазовой печи ванного типа с размером рабочего пространства 0,5×0,16×0,5 м и в силитовой печи размером 0,2×0,25×0,3 м — в шамотных тиглях.

Опыты проводили с боем оконного стекла, которое после усреднения и нагрева в нем заготовок имело следующий состав: 65% SiO₂; 1,42% Аl₂O_З; 3,13% Fe₂O₃; 6,5% СаO; 3,53% MgO; 0,1% SO₃; 20,319% Na₂O+K₂O.

Время нагрева и выдержку в расплавленной стекломассе определяли из величин коэффициента теплопередачи в расплавленном стекле, полученных опытным путем (рис. 1).

Рис.1. Зависимость среднего коэффициента теплоотдачи при нагреве стальных образцов от температуры расплавленного стекла.

Образцы нагревали в расплавленном стекле, в расплаве ВаСl₂ и в пламенной газовой печи до 1160-1200 °С. Результаты исследования для стали 45 даны в таблице. Из таблицы следует, что нагрев в расплавленных стекломассах по степени обезуглероживания и величине зерна аналогичен нагреву в расплавленных солях; глубина обезуглероженного слоя при нагреве в пламенной печи с увеличением времени выдержки растет интенсивнее, чем при нагреве в расплавах.

Нагрев	Глубина обезуглероживания в мм			Величина зерна в баллах
	Продолжительность нагрева в мин
	10	20	30	10	20	30
Пламенный	0,25..0,3	0,36..0,4	0,45..0,5	3..4	3..2	2
В солях	0..0,1	0..0,14	0,1..0,16	3..2	2	2..1
В расплавленном стекле	0..0,1	0..0,15	0,15..0,2	3	2	2..1

При исследовании структуры образцов и заготовок, нагретых в расплавленном стекле, установлено, что с повышением времени выдержки количество обезуглероженных участков увеличивается. Аналогичный процесс наблюдался на образцах после нагрева в расплавленных солях.

Это можно объяснить тем, что обезуглероживание в расплавленных средах происходит за счет непосредственного воздействия растворенных газов. Так, образцы, помещенные на дно тигля с высотой слоя расплавленного стекла 135 мм, не обезуглероживались за 40 мин.

Заготовки из стали 45 диаметром 70 мм после нагрева в стекломассе при 1250-1270 °С и выдержке 18 мин подавались к кривошипному прессу с номинальным усилием 2500 т.

На обжатых заготовках определяли глубину обезуглероживания и величину зерна. Микроструктура поверхностного слоя проточенных заготовок из стали 45 до и после нагрева в течение 35 мин в расплавленном стекле при 1200 °С минимально обезуглерожена (рис. 2). Заготовки после нагрева в расплавленном стекле и очистки имели блестящую поверхность, без окалины. Это связано с тем, что одновременно с нагревом происходит химическое взаимодействие окалины на поверхности заготовки, имеющей основной характер, с расплавом стекла, обладающего кислотными свойствами. При этом происходит частичный переход продуктов взаимодействия в жидкую среду.

Рис.2. Микроструктура поверхностного слоя проточенных образцов из стали 45 (×100): а — до нагрева; б — после нагрева в расплавленном стекле.

На заготовках, вынутых из расплава, из-за сильной адгезии стекла к поверхности металла образуется пленка, которая защищает от образования окалины при транспортировке и охлаждении. При соответствующей вязкости и температуре расплава пленка стекла может быть использована как смазка при прессовании.

Выводы.
1. Нагрев в расплавленном стекле имеет следующие преимущества: небольшое обезуглероживание и незначительные потери от окисления металла; хорошее качество поверхности, позволяющее максимально снизить припуски на механическую обработку; увеличение стойкости штампов и резкое улучшение санитарно-гигиенических условий труда.
2. Расплавленное стекло — более дешевая нагревательная среда, чем безокислительные среды.

Список литературы:

1. Прозоров Л. В. Прессованные стали. М., Машгиз, 1956.