|
используются весьма ограниченно из-за чрезвычайно высокой стоимости и дефицитности цианатных солей (натрия и калия). На первый план, в связи с этим, выдвигается задача разработки новых нетоксичных и дешевых соляных составов, эффективность которых при карбонизации инструмента была бы не ниже цианидных или цианатных ванн. Для экологически чистой упрочняющей обработки быстрорежущей стали предлагается использовать нетоксичную и дешевую ванну на основе карбамида. Оптимальный состав ванны, исходя из соображений ее активности, жидкотекучести и испаряемости (летучести), следующий (% масс): карбамид (NH2)2CO (40...45); углекислый натрий Na2C03 (35...40); хлористый натрий NaCl (8... 10); едкий натр NaOH -(10... 12) (карбомидо-натриевая ванна). При расплавлении карбамида и соли в интервале температур (380...400)°С между ними происходит реакция с образованием натрия, аммиака и углекислого газа: 2(NH2)2CO + Na2COj -> 2NaCNO + NH3 r + C02' + Н2От. (1.4) Щелочной цианат натрия нетоксичен и безопасен с экологической точки зрения, что позволяет решить проблемы, связанные с обезжириванием отходов и соли промывочной воды. Активные компоненты (азот и углерод) получаются при окислении и разложении цианата натрия: 2NaCNO + 02 -> Na2C03 + СО + NiFc; (1-5) 2NaCNO -+ Na2C03 + 2NaCN + СО + 2 N1Fe. (1.6) Таким образом, в расплаве карбамидо-натриевой композиции содержится большое количество атомарного азота и активной окиси углерода. Последняя разлагается на поверхности стали с выделением атомарного углерода: 2СО —> С02 + CjFc. (1.7) Ядовитый цианистый натрий, образующийся по реакции (1.6), не накапливается в ванне, так как реагирует с двуокисью углерода, выделяющейся в больших количествах по реакциям (1.4) и (1.7), с образованием нетоксичного 40 цианата: |
15 ных температурных областях, а также тем, что для химического взаимодействия между расплавленной солью и металлом необходимо строго определенное соотношение насыщающих компонентов. В отечественной промышленности для поверхностного упрочнения инструментов из быстрорежущих сталей используются цианистые ванны, содержащие 35...50% цианистых солей NaCN или KCN (остальное Na2C03 и NaCl). Температура обработки в таких ваннах 560...580°С, длительность 5...30 мин. В результате такой обработки (карбонизации) поверхностные слои быстрорежущих сталей насыщаются азотом и углеродом, что приводит к значительному повышению износостойкости и теплостойкости инструментов (сверл, метчиков, резцов и др.). Однако, обработка инструмента в цианистых ваннах, несмотря на простоту и высокую эффективность, в последнее время все более сокращается из-за экологической опасности этого процесса. Как было сказано выше, в производстве все чаще используются цианатные ванны, разработанные немецкой фирмой Degussa, которые менее токсичны, чем цианидные, но и они используются весьма ограниченно из-за чрезвычайно высокой стоимости и дефицитности цианатных солей (натрия и калия). На первый план, в связи с этим, выдвигается задача разработки новых нетоксичных и дешевых соляных составов, эффективность которых при карбонизации инструмента была бы не ниже цианидных или цианатных ванн. Для экологически чистой упрочняющей обработки быстрорежущей стали предлагается использовать нетоксичную и дешевую ванну на основе карбамида. Оптимальный состав ванны, исходя из соображений ее активности, жидкотскучссти и испаряемости (летучести), следующий (% масс): карбамид (ЪЛНУгСО 40...45; углекислый натрий Кта2СОз — 35...40; хлористый натрий NaCl 8... 10; едкий натр NaOH 10... 12 (карбомидо натриевая ванна). При расплавлении карбамида и соли в интервале температур 380...400°С между ними происходит реакция с образованием натрия, аммиака и углекислого газа: 2(NH2)2CO + Na2C03 -» 2NaCNO + NH3' + C02' + H20'. (1.4) 16 Щелочной цианат натрия нетоксичен и безопасен с экологической точки зрения, что позволяет решить проблемы, связанные с обезжириванием отходов и соли промывочной воды. Активные компоненты (азот и углерод) получаются при окислении и разложении цианата натрия: 2NaCNO + 02 -+ Na2C03 + СО + NFc; (1.5) 2NaCNO — Na2C03 + 2NaCN + СО + 2 NiFe. (1.6) Таким образом, в расплаве карбамидо натриевой композиции содержится большое количество атомарного азота и активной окиси углерода. Последняя разлагается на поверхности стали с выделением атомарного углерода: 2СО —» С02 + Cjfc* (1.7) Ядовитый цианистый натрий, образующийся по реакции (1.6), не накапливается в ванне, так как реагирует с двуокисью углерода, выделяющейся в больших количествах по реакциям (1.4) и (1.7), с образованием нетоксичного цианата: NaCN + С02 -> СО + Na2CNO. (1.8) Возможен также распад цианата натрия в результате термической диссоциации при температуре карбонитрирования. Эта реакция ускоряется в присутствии железа и наиболее интенсивно протекает на поверхности стальных деталей, обрабатываемых в расплаве: NaCNO —>Na + СО + NiFc. (1.9) Атомарные азот и углерод, выделяющиеся в ходе химических реакций, адсорбируются железом и диффундируют в глубину изделия,обеспечивая его поверхностное упрочнение. При разложении цианитов в ванне образуются углекислый натрий, который постепенно накапливается в расплаве. Это приводит к снижению жидкотекучести ванны и повышенному выносу солей на обрабатываемых изделиях. Для предотвращения этого негативного явления в состав ванны вводятся хлористый натрий, едкий натр. Кроме того, карбамидо натриевая ванна требует периодического освежения, для чего в нее добавляется некоторое количество карбамида. Активность карбамидо — натриевой ванны названного состава, кок показали экспериментальные исследования, выше, чем цианидных и циа |