Термическая обработка деталей машиностроения в натрий-бор-силикатных расплавах

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

А.С. Помельникова, С.А. Герасимов  
 
 
 
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА  
ДЕТАЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ  
В НАТРИЙ-БОР-СИЛИКАТНЫХ  
РАСПЛАВАХ 
 
 
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве учебного пособия по дисциплине  
«Технология термической обработки» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

М о с к в а  

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 

2 0 0 7  

УДК 621.78(075.8) 
ББК 34.651 
П551 
Рецензенты: В.П. Ступников, В.П. Конев  

 
Помельникова А.С., Герасимов С.А. 
 
Ч 24 
 
Термическая обработка деталей машиностроения в натрий-бор-силикатных расплавах: Учеб. пособие по дисциплине «Технология термической обработки». — М.: Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. — 46 с.: ил.  

 
 
 
ISBN 978-5-7038-3095-6 
В пособии дано представление о современных безокислительных и травящих средах, применяемых для нагрева при термической 
обработке. Показано, что эффективность выбора среды для термической обработки деталей из конкретных сталей непосредственно 
связана с ее физико-химическими и технологическими свойствами. 
Рассмотрены особенности термической обработки деталей машиностроения из различных сталей с нагревом в жидкой среде — 
натрий-бор-силикатных расплавах. Описано влияние способа нагрева на механические свойства деталей из коррозионно-стойкой, шарикоподшипниковой, быстрорежущей и других сталей. 
Для студентов 4-го курса факультета «Машиностроительные 
технологии», изучающих дисциплину «Технология термической обработки». 
УДК 621.78(0.75.8) 
ББК 34.651 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-7038-3095-6                                        © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 

 
П551 

ВВЕДЕНИЕ 

Учебное пособие написано в соответствии с программой специального курса «Технология термической обработки», читаемого студентам 4-го 
курса специальностей 150501 (120800) «Материаловедение в машиностроении» и 150601 (071000) «Материаловедение и технология новых 
материалов», которые ранее прослушали курс общего материаловедения, 
физической химии, теории термической обработки. 
Известно, что нагрев стали при термической обработке и пластической 
деформации обычно сопровождается интенсивным окислением, обезуглероживанием и обеднением поверхностных слоев изделий легирующими 
элементами, что приводит к большим потерям металла, ухудшению его 
качества и эксплуатационных свойств изделий. Удаление окалины осуществляется специальным технологическим процессом с применением вредных и дорогостоящих кислот для травления, связано с потерями металла и 
образованием отходов, которые не поддаются утилизации и обезвреживанию и ухудшают экологическое состояние среды.  
Методы борьбы с окислением и обезуглероживанием весьма разнообразны. 
В пособии приведены данные по использованию жидких безокислительных и травящих сред, эффективность выбора которых для термической 
обработки конкретных сталей непосредственно связана с физикохимическими и технологическими свойствами. Показана перспективность 
использования конкретной жидкой среды — натрий-бор-силикатных расплавов для термической обработки различных деталей. 
В гл. 1 пособия даны сведения о безокислительных и травящих средах для нагрева при термической обработке. 
В гл. 2 приведены характеристики натрий-бор-силикатных расплавов, 
их физико-химические и технологические свойства и методика выбора 
оптимальных составов такой жидкой среды на примере различных групп 
сталей. 
В гл. 3 рассмотрены особенности термической обработки деталей 
машиностроения из различных сталей с нагревом в натрий-борсиликатных расплавах. Показано влияние способа нагрева на механические свойства изделий из коррозионно-стойких, шарикоподшипниковых, 
быстрорежущих и других сталей.  

1. СВЕДЕНИЯ О БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНЫХ  
И ТРАВЯЩИХ СРЕДАХ ДЛЯ НАГРЕВА  
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ 

Потери металла с окалиной, вызванные высокотемпературной 
газовой коррозией, составляют около 5…6 % от всей получаемой в 
мире стали [1]. 
Помимо окисления газы печной атмосферы приводят к обезуглероживанию и обеднению поверхностных слоев стали легирующими элементами (угар), что также способствует снижению 
коэффициента использования металла за счет удаления дефектных слоев и повышению себестоимости термически обрабатываемой продукции. Так, при нагреве жаропрочных сплавов в 
интервале температур 1150…1220 °С [2] глубина обедненного 
легирующими элементами слоя достигает 50…300 мкм, что 
приводит к снижению механических и антикоррозионных 
свойств изделий из них.  
Окисленный слой металла с изделий, подвергнутых термической обработке, чаще всего удаляют травлением в кислотах и щелочах. Химическое травление значительно усложняет и удорожает 
производство и также связано с потерями металла. Этим объясняется большое внимание, уделяемое проблеме безокислительного 
нагрева стали и разработке новых сред для предупреждения и удаления окалины. 
Применяемые методы борьбы с окислением и обезуглероживанием подразделяют  на две группы [3]. К первой группе относят 
методы, которые способны уменьшить угар в 1,5 – 2,0 раза, но не 
ликвидировать его полностью: 
– улучшение условий эксплуатации печей; 
– автоматизация управления тепловым режимом; 
– усовершенствование процесса сжигания топлива;  
– применение скоростного нагрева и т. п. 

К второй группе относят более эффективные методы, позволяющие полностью или почти полностью обеспечить защиту поверхности металла. Это методы нагрева в различных средах: 
– в продуктах неполного сжигания топлива, в печах с двух- и 
многостадийным сжиганием топлива, обогащение атмосфер солями лития, бора и других элементов;  
– в кипящем слое; 
– в контролируемых средах и вакууме; 
– в расплавах солей; 
– в силикатных и боратных расплавах и покрытиях на их основе. 
Остановимся на некоторых методах второй группы. 
Нагрев в кипящем слое, сочетающий в себе преимущества скоростного и безокислительного методов [4] и позволяющий нагревать изделия равномерно со скоростью в 1 – 3 раза выше, чем в 
пламенных печах, до настоящего времени не получил широкого 
промышленного применения. 
Интенсивно снижается окисление и обезуглероживание сталей 
при добавлении к защитным атмосферам солей лития, хлоридов 
алюминия, хрома, кремния и бора [5 – 8]. В экономическом отношении этот метод выгоден только для нагревания высоколегированных сталей. 
Нагрев в защитных средах широко распространен в промышленности. При использовании контролируемых сред поверхность 
изделий не окисляется, в поверхностных слоях конструкционных 
сталей сохраняется заданная концентрация углерода и легирующих элементов, а в изделиях из специальных сплавов в 2 – 3 раза 
сокращается глубина измененного по химическому составу слоя. 
Однако применение печей с контролируемыми средами связано 
со сложностью их герметизации при выгрузке садки, трудностями при очистке газов до содержания в них выше 10–4 % остаточного кислорода. При очистке до 10–4 % на поверхности коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов появляются оксидные 
пленки толщиной 20…50 мкм, а также наблюдаются большие 
расходы газа. Наиболее существенным недостатком является 
окисление поверхности изделий после выгрузки из печи. При нагреве выше 900 °С защитная среда начинает взаимодействовать с 
кладкой печи.