硝盐在热处理中的应用

来源:安徽嘉龙锋钢刀具有限公司作者:赵步青

文章简介了硝盐在热处理中的实际应用,其中包括淬火剂、回火液、发蓝液、防锈剂、钝化液等,对废渣处理,溶液维护保养等细节也一一阐述。

硝盐在热处理生产中已沿用多年,人们对它的认识和开发日益加深,在淬火、回火、发蓝、防锈、钝化等众多领域广泛应用。可以是纯硝盐溶液或水剂,也可以和碱液混合。只要掌握好硝盐及其混合物的特性,使用温度可以根据实际情况在较大范围内变动。硝盐对热处理行业的贡献将越来越大,下面从不同侧面简介硝盐在热处理中的实际应用,仅供参考。

1、硝盐在淬火中的应用

与淬火油相比,熔融硝盐淬火具有使用温度高、使用温度范围宽、淬火畸变小、容易清洗等优点,但因其冷却速度慢,对环境有污染而受到限制。近几年来,广大的热处理工作者根据各自企业产品的特点,对硝盐淬火进行了研究改进。使用真空或可控气氛加热工件;采用添加水调整硝盐的冷却速度;使用封闭式淬火槽避免盐蒸汽的排放;直接将清洗工件的水加入别的淬火槽;或回收加热蒸发清洗工件的水等一系列举措,克服了硝盐介质的缺点,使硝盐淬火的优点得以发扬光大。下面是几种主要的硝盐淬火剂。

1) 熔融硝盐淬火剂。硝盐系指几种盐,如硝酸钠(NaNO3) 、亚硝酸钠(NaNO2) 、硝酸钾(KNO3) 、亚硝酸钾(KNO2) 作为淬火剂,使用单一成分的较少,常用两种或三种混合盐。配方及熔点见图1和表1。无水硝盐(55% KNO3 + 45% NaNO2,质量分数)的冷却特性曲线如图2 中曲线3。冷却速度的变化与含水量的关系见图2。冷却速度特性与盐浴温度的关系见图3。几个应用实例:

① Cr12MoV 钢制刀具或模具在保护气氛炉或盐浴炉中加热,淬入220 ~230 ℃硝盐中。

②高速钢刀具或模具分级淬火:在500 ~ 600 ℃中性盐浴中分级后,再转350 ~ 450℃硝盐浴中再分级。

③高速钢制刀具等温淬火:240 ~ 280 ℃ × 0.5 ~2 h 硝盐等温,其他工模具淬火为减少畸变开裂,也常选用硝盐等温淬火。

硝盐在热处理中的应用

图1 硝盐熔化曲线图

表1 硝盐及其水溶液的配方和使用温度

硝盐及其水溶液的配方和使用温度

④40MnB 钢制除草机刀片保护气氛炉加热,淬入200 ℃左右硝盐中。

⑤30CrMnSiNi2A 钢制件真空加热,淬入240 ~280 ℃硝盐等温,多次冲击疲劳总寿命比盐浴常规淬火提高1.56 ~ 1.92 倍。

5、硝盐“结垢”防护措施

高速钢、合金工具钢、球墨铸铁等温淬火介质通常用NaNO2、NaNO3和KNO3,通过不同的质量配比得到不同使用温度。目前,硝盐浴失效是工厂和科研单位面临的一大难题。硝盐经过频繁使用,硝盐组分逐渐发生变化,主要原因是硝盐受热分解生成难熔的碱金属氧化物,加上工件上剥落的氧化皮沉积到盐浴的底部,还有中性盐的带入,使硝盐熔点升高,冷却能力和流动性下降,俗称“老化”。而且随着沉淀物的增多硝盐浴炉壁上形成一层红棕色的块状结垢,影响了熔池壁的散热,降低了硝盐的冷却能力,对热处理工艺的稳定性产生不良影响。为了提高等温淬火件的质量,工厂一般采取定期的除渣或更换新盐,此举不仅增加了成本,而且丢弃的废渣和变质的硝盐严重污染环境,于是人们不得不寻求良策。

等温淬火硝盐浴大多采用表1 中序号7、序号8的配方,经化学分析,结垢中主要组分为60%左右的Na2CO3、4%左右的Fe2O3,约35%的NaNO3、NaNO2、KNO3。Na2CO3是由NaNO2受热分解后生成的Na2O 与盐池气氛中的CO2反应产生的;Fe2O3是淬火件表面氧化后氧化皮剥落产生的。防护归纳为3点:①每次工作结束后坚持捞渣;②将NaNO2换成NaNO3,配方变成表1 中的序号5,熔点提高了,但大多数工件的等温淬火温度均在240 ℃以上,这样可减少Na2CO3的生成量,并提高整体的稳定性;③细砂网过滤。

6、亚硝酸盐渣的处理

热处理生产过程的安全卫生问题是直接关系到操作工的人身安全、健康、厂房、设备和物资的安全。我国的《标准化法》将保障人体健康、人身、财产安全的标准列为强制性标准,是生产过程中必须遵循的行为规范。NaNO2盐渣有毒,必须经过处理,达标排放。处理的工艺流程见图8。采用的是氧化法,加入氧化剂NaCIO,将易溶于水有毒的NaNO2氧化成无毒的NaNO3和NaC1,其反应式为

NaNO2 + NaCIO→NaNO3 + NaC1。