книги из ГПНТБ / Николайчик Н.П. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах

При газовом алитировании или при помощи паст и порошкообразных смесей, содержащих хлористый аммо­ ний (NH4C1), насыщение поверхности алюминием осу­

ществляется за счет обменной реакции при взаимодейст­ вии с железом хлористого алюминия.

Коэффициент диффузии зависит от температуры, концентрации диффундирующего элемента и присутст­ вия других элементов. Так, легированные элементы за­ трудняют диффузию алюминия. Наиболее энергично снижают глубину алитированного слоя вольфрам, мо­ либден и никель.

Твердость алитированного слоя прямо пропорцио­ нальна концентрации в нем алюминия. Несмотря на сравнительно высокую твердость (до 450—500 НВ), из­ носостойкость алитированного слоя невелика. Кроме то­ го, при ударах нарушается целостность алитированного слоя, что может привести к активному окислению основ­ ного металла.

Благодаря тонкой пленке А12 0 з , предохраняющей со­

ставляющие чугуна от дальнейшего окисления, алитиро­ ванный слой жаростоек и хорошо сопротивляется появ­ лению сетки разгара на внутренней поверхности излож­ ницы. Постепенно, вследствие диффузии алюминия в глубь слоя, жаростойкость алитированного чугуна по­ нижается. Слой ÂI2O3 на поверхности образца в процес­

се окисления увеличивается в объеме и по достижении определенной толщины разрушается. Затем на поверх­ ности вновь образуется пленка А І2 О 3 . Это, естественно,

связано с новым расходом алюминия и постепенным по­ нижением сопротивления изложницы образованию сетки разгара. Чем больше глубина алитированного слоя, тем большей жаростойкостью обладает чугун. Глубина слоя зависит от температуры и времени алитирования. Чем выше температура и больше продолжительность вы­ держки, тем глубже алитированный слой.

В настоящее время применяют газовое алитирование, алитирование в порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, металлизацию распылени­ ем и электролизное алитирование.

Газовое алитирование проводят в специальной каме­

стоящую из 45% алюминиевой пудры (порошка), 45% технического глинозема (А12 0 з ) и 10% хлористого ам­

150

(А ІС Із) .

На другом конце камеры, где температура доходит до 950° С, располагают алитируемую изложницу. Через камеру пропускают водород, который захватывает хло­ ристый аммоний и приводит его в контакт с алитируемой поверхностью изложницы.

В процессе алитирования протекает реакция

Fe + A I C I 3 -> FeCl3 + Al.

Образующийся в результате реакции алюминий диф­ фундирует в поверхностные слои изложницы, а хлори­ стое железо (FeCl3) в газообразном состоянии удаляется из камеры. Продолжительность газового алитирования зависит от глубины необходимого алитированного слоя. Так, при глубине слоя 0,3—0,4 мм длительность процес­ са составляет 3—4 ч.

Для осуществления алитирования в порошкообраз­ ных смесях внутрь изложницы засыпают смесь, состоя­ щую из 25% алюминиевого порошка, 25% ферроалюми­

поверхности изложницы алюминием. В качестве катали­ затора добавляют 1% хлористого алюминия и 4% хлори­ стого аммония. Добавкой в смесь 25% каолина порошки алюминия и ферроалюминия предохраняют от спе­ кания.

Изложницы с порошкообразными смесями нагревают в течение 8 —12 ч до температуры 850—900° С и выдер­

живают при этой температуре 4—5 ч; затем их медленно охлаждают. При этом обеспечивается глубина алитиро­ ванного слоя 0 ,8 — 1 мм.

Алитирование в жидкой среде осуществляют при тем­ пературе 750—800° С в ванне с расплавленным алюми­ нием. Во избежание разъедания (растворения) алюми­ нием чугуна изложницы ванну насыщают железом (6 — 8 %). Длительность процесса 45—90 мин. При этом глу­

бина алитированного слоя составляет 0,2—0,35 мм. Пос­ ле насыщения поверхности алюминием изложницы отжи­ гают при температуре" 900—1000° С.

Недостатком алитирования в жидких средах являет­ ся пересыщение поверхностного слоя алюминием; при этом повышается хрупкость алитированного слоя и сни­

151

жается стойкость стальных тиглей, в которых расплав­ ляют алюминий.

Алитирование изложниц проводят двумя способами. Мелкие изложницы погружают в ванну с расплавленным алюминием, как это делается при алитировании сталь­ ных изделий. У крупных глуходонных изложниц прикры­ вают отверстие для шамотного стаканчика, изложницу при помощи газовых горелок нагревают до 800—850° С, а затем заливают расплавленный алюминий.

Перед металлизацией расплавлением внутреннюю по­ верхность изложницы предварительно при помощи пес­ коструйного или дробеструйного аппаратов очищают от грязи и окалины, затем напыляют расплавленным алю­ минием. За один проход наносят слой алюминия толщи­ ной 0,4—0,5 мм. Затем перпендикулярно первому нано­ сят второй, третий и последующие слои. Полученную по­ верхность покрывают 2 0 %-ным раствором хлористого

алюминия, а затем наносят тонкий слой жидкого стекла и маршалитного порошка. Для того чтобы отличить по­ крытую указанными составами поверхность, в жидкое стекло добавляют красители, например ультрамарин. Затем проводят диффузионный отжиг при 1000° С. Нане­ сенная обмазка из жидкого стекла предохраняет алю­ миний от окисления при отжиге.

Поверхностная зона алитированной изложницы со­ держит 32—36% AI; она белого цвета, имеет повышен­ ную твердость и под действием ударов деформируется и откалывается. Вторая зона содержит 20—25% А1, менее хрупка и резко отличается от первой и третьей зон. Третья зона, в свою очередь, состоит из двух слоев; бли­ же к поверхности — из твердого раствора алюминия в a-железе и мелких включений графита, а дальше — из алюминиевой фазы и более крупных графитных колоний розеточной формы. При алитировании изложниц из вы­ сокопрочного чугуна также наблюдаются три зоны, толь­ ко вместо пластинчатого присутствует шаровидный гра­ фит.

В результате диффузионного отжига глубина алити­ рованного слоя увеличивается; поверхностные слои из­ ложницы становятся менее хрупкими.

Алитирование изложниц позволяет поднять жаро­ стойкость внутренней ее поверхности, замедляет обра­ зование сетки разгара и позволяет получить более чи­ стую поверхность отливаемых слитков.

152

ПОКРЫТИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦ ТУГОПЛАВКИМИ МЕТАЛЛАМИ

Карбонильный способ изготовления антикоррозийных покрытий в настоящее время считается одним из самых перспективных методов защиты химического оборудова­ ния от агрессивных газов, паров и жидкостей.

Карбонилы металлов — это соединение металлов с группой СО, или, как обычно принято называть, с кар­ бонильной группой. В обычных условиях почти все кар­ бонилы представляют собой кристаллические порошки различного цвета: карбонил кобальта — крупные оран­ жевые кристаллы, карбонил вольфрама — маленькие прозрачные кристаллики.

Из всех существующих карбонилов металлов только четыре карбонила — железа, никеля, рубидия и осмия — жидкости желтовато-коричневого цвета с неприятным запахом и очень ядовитые, особенно тетракарбонил ни­

больших количествах на химических заводах; они нашли широкое применение и являются очень ценными продук­ тами. При хорошей вентиляции помещений и соблюде­ нии правил охраны труда случаев отравления не наблю­ дается.

По внешнему виду и по физическим свойствам карбо­ нилы никеля и железа напоминают керосин или бензин. Они легко воспламеняются на воздухе.

Существуют целые «семьи» карбонилов одного и то­ го же металла. Например, карбонилы . железа: Fe (СО) 5 — пентакарбонил, [Fe (СО) 4]3 — тетракарбонил, а Fe2 (CO)g — нонакарбоиил. Существуют и другие мно­

горядные нонакарбонилы.

В отличие от однорядных карбонилов металлов мно­ горядные, как это видно на примере карбонилов железа, имеют не один, а несколько центральных атомов метал­ лов. Они при обычных условиях всегда имеют кристал­ лическую форму.

Однорядные карбонилы легко переводятся в много­ рядные. Например, пентакарбонил железа под воздейст­ вием света легко превращается в монакарбонил:

2Fe(CO)6 = Fe2(CO)9 + СО.

153

Если монокарбоиил железа поместить в трубку и на­ греть до 100° С в атмосфере углекислого газа, то при резком охлаждении па стенках трубки образуются зеле­ ные кристаллы тетракарбонила железа [Ёе(СО)4]з.

С химической точки зрения другие карбонилы доволь­ но инертны.

Одно из самых важных свойств карбонилов — лету­ честь. Они способны распадаться на металл и свободную окись углерода при очень низкой температуре. Темпера­ тура кипения тетракарбонила никеля +43° С, пентакар­ бонила железа +103° С, а нижний порог разложения этих карбонилов лежит между температурами 60—80° С. Таким образом, у пентакарбонила железа он находится даже ниже, чем его температура кипения.

Низкая температура разложения карбонильных сое­ динений давно привлекала исследователей к использо­ ванию их для получения антикоррозийных покрытий.

До последнего времени нанесение самых разнообраз­ ных покрытий на внутреннюю поверхность изделий сложного профиля представляло известные трудности. Необходимо было нагреть эту поверхность до темпера­ туры разложения соответствующего карбонила, не на­ гревая, однако, реакционный газ, в котором находилась деталь. В противном случае пары карбонила начинали диссоциировать уже в газовой среде; в воздухе образо­ вывались металлические частички, которые при оседании на поверхность плохо соединялись с покрываемой по­ верхностью, и покрытия получались низкого качества.

Сейчас основная причина низкого качества покрытия устранена. В Советском Союзе и за рубежом созданы и применяются индукционные нагревательные устройст­ ва, которые позволяют нагревать металлические изде­ лия с помощью токов высокой частоты.

При индукционном методе нагрева в рабочем прост­ ранстве отсутствуют разогретые элементы. Индуктор ох­ лаждается проточной водой и находится в холодном со­ стоянии, а поверхность изделия нагревается довольно быстро. Созданное высокочастотным током переменное магнитное поле вызывает в изделии вторичный ток, ко­ торый и нагревает поверхность детали до требуемой тем­ пературы разложения карбонила соответствующего ме­ талла.

Были проведены такие опыты: при помощи индуктора нагревали внутреннюю поверхность изложниц до темпе­

154

ПРИЛОЖЕНИЕ

Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И Т И П О В Ы Х И З Л О Ж Н И Ц

Т а б л и ц а 1 *—--------—

Характеристика типовых изложниц для поковочных восьмигранных слитков массой от 1 до 1,85 т

157

Т а б л и ц а ІИ

Характеристика типовых изложниц

158