Как удалить окалину с металла?

На поверхности изделий при горячей прокатке присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса.

Как удалить окалину с металла?

Железная окалина

На поверхности изделий, получаемых путем горячей прокатки, присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса. Окалина значительно сокращает коррозионную стойкость материала и усложняет последующую обработку, поэтому необходимо полное ее удаление.

Процесс образования

Рассматриваемое покрытие представлено продуктом окисления металла. Его формирование связано с высокими температурами и происходит при обработке металла температурой либо давлением. Прокат в любом случае покрыт окисным слоем. Он образуется на открытом воздухе в сухих условиях в виде пленок. Изначально они невидимы даже под микроскопом. Под термическим воздействием толщина окисного слоя возрастает до видимых размеров. Железной окалиной называют толстое покрытие, формирующееся при термическом воздействии в условиях открытого воздуха.

Состав формирующих его окисных соединений и структура определяется многими факторами: маркой стали, температурой, условиями среды, режимом термообработки, наличием и количеством окислителей.

Они представлены гематитом, магнетитом, вюститом. Первые два оксида железа характеризуются большой плотностью и соединены промежуточной структурой. Вюстит наоборот представлен пористым соединением. От названных выше оксидов он отличается большей диффузинной проницаемостью. Вюстит имеет с ними непрочную связь.

Структура железной оксидной пленки определяется окружающими условиями и температурой. Так, в кислородосодержащей среде при нагреве более 570 °C и быстром охлаждении формируется трехслойное покрытие. Внешний слой представлен гематитом, следующий – магнетитом и внутренний – вюститом. Как было отмечено, первые два имеют кристаллическую структуру и прочно взаимосвязаны. Внутренний слой пористой структуры непрочно контактирует с ними. Это обуславливает малое электросопротивление железной оксидной пленки и легкое ее отслаивание.

Для образования трехслойной окалины на металле необходимо соблюдение трех названных условий: высокой концентрации кислорода, температуры в 570 °C, быстрого ее снижения. Иначе формируется двух- или однослойная железная окалина.

Так, при меньшем нагреве слой вюстита получается тонким. В случае формирования железной окалины при высокой концентрации пара либо окислов углерода при малом количестве кислорода и температурах более 1000 °C гематит восстанавливается, вследствие чего отсутствует в составе. Таким образом, соотношение слоев напрямую определяется температурой. Так, при 700 °C толщина вюстита составляет 100 мкм, в то время как для магнетита и гематита – 10 и 1 мкм соответственно. Другими словами, состав железной окалины в значительной степени зависит от температуры. Так, при 700-900 °C она представлена почти на 90% вюститом, примерно на 10% магнетитом и менее чем на 1% гематитом. При большем нагреве и избытке кислорода происходит замещение вюстита гематитом.

В любом случае формирование слоев железной окалины происходит последовательно в соответствии с их расположением. При охлаждении вюстит утрачивает устойчивость и распадается до железа и гематита. Ввиду этого пленка обретает гематит-магнетитовый состав. При восстановлении гематит и магнетит переходят в железо и воду. Следовательно, в результате получается прокатная окалина, состоящая из железа.

Выше приведены основные закономерности и факторы возникновения железной окалины. В промышленных условиях процесс ее образования весьма сложен и может происходить неоднократно.

Методы удаления

Удаление окалины осуществляют тремя способами. Механический метод включает следующие варианты: пропускание материала через ряд роликов, обработку дробью и прочими абразивными материалами. Первая технология основана на деформации металла скручиванием, изгибом, растяжением. Такой способ позволяет убрать большую часть окалины. Его считают черновой обработкой, и после очищают материал дополнительно. Во втором случае осуществляют механическое воздействие на железную окалину металлической дробью, песком и прочими абразивными материалами. Наконец, существуют механизированные технологии, связанные с применением микрорезцовых инструментов, проволочных щеток, наждачных лент и т. д.

Химические методы подразумевают обработку деталей в кислотах, солях, щелочах, называемую травлением. При этом большое значение имеет растворимость составляющих железную окалину соединений в кислотах. Так, вюстит легко подвержен ему, в отличие от магнетита. Гематит считают нерастворимым. Травление дифференцируют на химическое и электрохимическое. Далее рассмотрены некоторые варианты.

Травление серной кислотой связано с образованием водорода и проникновением его в металл, что ведет к водородной хрупкости, снижающей механические параметры и затрудняющей последующую обработку материала. Поэтому с целью сокращения наводораживания приходится долго выдерживать металл по завершении травления либо нагревать при сушке. К тому же во избежание разрушения металла кислотой после растворения железной окалины используют ингибиторы. Нужно отметить, что в нагретом растворе сталь разрушается быстрее.

Травление соляной кислотой идет по тем же закономерностям. Однако, в отличие от серной, для этого не требуется нагрев. Напротив, при температуре более 40°C выделяются хлороводородные соединения. В процессе травления формируются хлористые соли железа. В целом обработка соляной кислотой, в сравнении с серной, обеспечивает лучшую очистку при меньшем наводораживании стали.

Электрохимический способ существенно повышает скорость очистки металла от окалины и сокращает водородную хрупкость, а также расход раствора. Его дифференцируют на анодный, катодный и смешанный варианты.

Выбор способа очистки определяется многими факторами, среди которых состав изделия, целевые параметры, последующая обработка и т. д.

Удаление окалины в ультразвуковой ванне

Удаление окалины с металла – важный подготовительный этап при изготовлении деталей. Качество готового изделия в значительной степени зависит от того, насколько тщательно и бережно очистили заготовку после термообработки.

Способы очистки стали от окалины

Окалина – это частицы со слоистой структурой, которые возникают на поверхности металла после термической обработки или прокатки. При контакте горячей стали с водой или воздухом на поверхности листа возникает небольшой слой темных чешуек.

Традиционные способы очистки листов, поковок, деталей от окалины можно разделить на несколько типов:

1. Механический – чистка рифлеными роликами, щетками, скребкам. Продувка сжатым воздухом, обработка паром во время штамповки.

2. Гидроочистка — подача воды под давлением.

3. Галтовка в барабане – деталь помещается в барабан с опилками, щебнем или окисью алюминия в мыльную воду.

4. Химический (травление) – обработка кислотами.

5. Использование дробометных установок — отбивание окалины очередью чугунной дроби или мелкой стальной проволоки.

Несмотря на невысокую себестоимость вышеперечисленных способов, они имеют массу недостатков. Главные из них — возникновения дефектов на поверхности (волосные трещины, деформация граней и углов) и значительная затрата времени на процесс.

Очистка металла от окалины в ультразвуковой ванне

Удаление окалины ультразвуком в УЗ ванне Titan Ultrasonic, внешний вид и супер результат, смотри видео!

Ультразвуковая очистка металлов от окислов прочно заняла свою нишу. Это самый современный и эффективный способ избавиться от окалины, ржавчины, нагаров, остатков смазок и многих других загрязнений.

В чем преимущество очистки стали от окалины в ультразвуковой ванне?

1. Значительная экономия времени. Если на обычное травление уходит 30 минут- 1 час, то на очистку в уз мойке уходит в несколько раз меньше времени.

2. Отпадает надобность в щетках, скребках и ядовитых кислотах. Ультразвуковая очистка более экологична для окружающей среды и безопасна для персонала.

3. Сохраняет обработанную поверхность в целости и сохранности. Никаких царапин, повреждений ребер и углов. Деталь не деформируется.

Заготовка помещается в бак с жидкостью. Далее — ультразвук сделает свою работу. Кавитация идеально удаляет любые слоистые загрязнения. Мелкие пузырьки воздуха проникают в поры и изгибы, удаляют загрязнение, но не разрушают материал изделия. Для достижения максимального эффекта, рекомендуем использовать моющую жидкость Titan Cleaner для удаления окалины в ультразвуковой мойке. Состав абсолютно безопасен для металла и уз ванны.

Для промывки детали после термообработки от окалины подойдет узв любых габаритов со встроенной системой фильтрации. Все зависит от размера деталей и их количества. Ультразвуковые мойки Титан Ультрасоник подойдут как для промышленного, так и полупромышленного применения. Очистка может проходить в конвейерном режиме.

Каждая единица товара изготавливается по предварительному заказу под нужды клиента. Вы получаете такую ванну, которая полностью подходит по мощностным характеристикам, габаритам и опциям под ваши задачи очистки.

Читайте также  Как точно просверлить отверстие в металле?

Удаление окалины с поверхности металла с помощью ультразвуковой ванны – надежный и эффективный способ, который давно переплюнул классическое травление кислотами, механическую чистку и любой другой устаревший прием. Покупая одну ультразвуковую мойку, вы ускорите процесс очистки металлических изделий до состояния конвейерного режима.

3.2 Способы удаления окалины

Окалина может быть удалена с поверхности металла механическим, химическим, электрохимическим и комбинированным способами.

Механический способ удаления окалины заключается в пропускании окисленной проволоки и катанки с окалиной через ряд роликов с резкими перегибами, а также в обработке их дробью или абразивными материалами; двумя последними способами очищается подкат. Механическое удаление окалины основано на деформации изгибом, скручиванием или растяжением; прямом воздействии на поверхность изделия специальных реагентов: металлической дроби, песка и других абразивных материалов (дробеметная. пескоструйная обработка); удаления поверхностного слоя металла при помощи, вращающегося микрорезцового инструмента иглофрез. стальных проволочных щеток и т. д.

Удаление окалины деформацией является черновой обработкой. В этом случае окалиноломателями удаляют большую часть окалины. Как правило, окончательно поверхности металла обрабатывают щетками из стальной проволоки, наждачными лентами, абразивными материалами во вращающихся барабанах и т. д.

Одним из методов удаления окалины является дробеметная или пескоструйная обработка, при которой стальную или чугунную дробь или песок (увлажненный) направляют на поверхность очищаемого изделия центробежной силой быстровращающихся колес, снабжаемых специальными лопаточками. По данным НИИметиза, при скорости движения катанки из низкоуглеродистой стали 3,5—11,0 м/мин ее поверхность полностью очищается от окалины за 0.8 с. Часть окалины осыпается с катанки или проволоки при прохождении их через направляющие ролики, установленные перед входом в камеру.

Механическим способом удаляют окалину с мягкой проволоки. После такой обработки поверхности несколько повышается расход волок и требуется специальная смазка.

Процесс удаления окалины и оксидов с поверхности металлов путем обработки изделий в растворах кислот и кислых солей или щелочей называют травлением. Травление проволоки перед волочением и нанесением металлопокрытий проводят химическим или электрохимическим способом. Выбор способа травления зависит от природы металла, характера и толщины покрывающих его оксидов, а также от его дальнейшей переработки. Другие способы удаления окалины (например, механический, водородистонатриевый процесс) при подготовке поверхности проволоки к металлопокрытию не нашли пока применения. Для травления проволоки используют серную, соляную, иногда фосфорную, азотную, плавиковую кислоты, а также смеси кислот.

Химическое травление в серной кислоте

Серная кислота — химическое вещество, в состав которого отвечает формуле. называется моногидратом. При взаимодействии кислоты с металлом активно выделяется водород. Находясь в атомарном состоянии, водород проникает в металл и вызывает водородную (травильную) хрупкость. Такое явление нежелательно, так как приводит к снижению механических свойств металла и затрудняет его дальнейшую переработку. Уменьшают наводороживание нагревом (обычно при сушке) или продолжительным выдерживанием металла после травления.

В горячем растворе серной кислоты сталь растворяется с большой скоростью. Это растворение начинается с момента погружения проволоки в раствор, а по мере освобождения металла от окалины в контакт с раствором входят все большие и большие участки металла. Чтобы сократить потери металла и его порчу в результате продолжительного взаимодействия с кислотой (перетрав), в кислотный раствор вводят ингибиторы (замедлители коррозии) -вещества., способные задержать разрушение металла.

В сталепроволочном производстве используют органические ингибиторы травления (присадки) И-2В, С-5У. ПКУ, ХОСП-10.

Присадку (для черных металлов) вводят в количестве 1.0—1.5 г/л травильного раствора. В качестве пенообразователя используют добавку КЬЖ. Из неорганических присадок распространена поваренная соль ЫаС1. Ингибиторы снижают потери металла на растворение, уменьшают наводороживание. устраняют перетрав, сокращают выделение вредных испарений. Продолжительность травлений в серной кислоте составляет от нескольких мину]- до 1 ч и более, она зависит от условий травления, характера окалины.

Химическое травление в соляной кислоте

При травлении в соляной кислоте протекают следующие химические реакции:

;

;

;

.

В соляной кислоте поверхность металла очищается от оксидов в результате их растворения. С увеличением концентрации и температуры кислоты скорость растворения непрерывно и быстро возрастает. В отличие от серной соляная кислота оказывает активное воздействие на оксиды и металл при травлении их в ней уже при комнатной температуре. Нагрев раствора соляной кислоты выше 40°С приводит к интенсивному выделению вредных хлороводородных соединений.

Травление стальной проволоки обычно проводят в растворе, содержащем 100—230 г/л ПС1. иногда для травления мотков стальной проволоки используют раствор е 40— 100 г/л .

Хлористые соли (и)- образующиеся при травлении в соляной кислоте, хорошо растворяются в травильном растворе и воде. Увеличение их концентрации не замедляет травления, а даже несколько ускоряет его благодаря образованию. Однакоуменьшает активность травильного раствора. Поэтому на практике при замене отработанного травильного раствора в свежеприготовленный раствор для активации добавляют небольшие количества отработанного отфильтрованного раствора. Раствор, в котором накапливается более 120—160 г/л хлористых солей, необходимо частично или полностью заменять. Травление в соляной кислоте обеспечивает большую чистую поверхность проволоки, чем травление в серной кислоте. Соляная кислота в меньшей степени наводороживает металл, чем серная.

Электрохимическое травление

Скорость снятия с поверхности проволоки окалины и ржавчины в растворах кислот можно значительно увеличить электрохимическим (электролитическим) травлением. Этот способ по сравнению с химическим травлением сокращает расход кислоты и потери металла, уменьшает водородную хрупкость. Различают анодный, катодный и катодно-анодный процессы электролитического травления.

Анодное травлеиие, при котором проволока контактирует с положительным полюсом источника тока, основано на электрохимическом растворении металла и механическом отрывании оксидов выделяющимся кислородом. При этом на катоде происходит бурное выделение водоро­да. В качестве электролита применяю’!’ большей частью крепкий раствор серной кислоты (до 200—250 г/л) и иногда раствор хорошо электропроводящей соли соответствующего металла. Плотности тока при анодном травлении в серной кислоте обычно высокие: 50—200 А/дм 2 и выше. Применяемое напряжение 3—12 В.

ОЧИСТКА ПОКОВОК ОТ ОКАЛИНЫ

Окалина бывает металлургическая, образовавшаяся при прокатке металла, кузнечная, получившаяся при нагреве заготовок перед штамповкой в окислительной среде, и термическая, которая образуется после термической обработки поковок. Окалина является результатом окисления поверхности металла. Чем выше температура печи и чем продолжительнее нагрев заготовки, тем больше окисляется ее поверхность.

Перед скоростным, безокислительным или индукционным нагревом заготовку следует очищать от металлургической окалины.

Угар металла при нагреве заготовки перед штамповкой составляет, вес. %, до:

  • • 3 — в пламенной печи в окислительной среде за один вынос заготовки;
  • • 1 — в пламенной печи при скоростном нагреве;
  • • 0,1 — в пламенной печи в безокислительной среде;
  • • 0,5 — в печах ТВЧ;
  • • 1,5 — при электронагреве заготовок сопротивлением.

Для получения поковок с высоким качеством поверхности, требующих минимальной обработки резанием, необходимо очищать заготовки перед нагревом и поковки после ковки и штамповки от поверхностных дефектов, окалины, ржавчины и других загрязнений (мазута, масла, песка). В зависимости от размеров поковок, а также от технических условий на изготовление последних в кузнечноштамповочных цехах для очистки поковок и заготовок применяют различные способы и оборудование.

Стойкость режущего инструмента резко снижается при механической обработке поковки с окалиной. Поковки очищают от окалины механическим и химическим способами.

Из механических способов очистки штампованных поковок чаще всего применяют галтовку в барабанах и очистку дробью.

Принцип галтовки заключается в том, что во время вращения барабана (рис. 329) поковки перекатываются, ударяются друг о друга и о звездочки, очищаясь от окалины. Существуют два основных способа галтовки: сухая и мокрая. Сухую галтовку применяют для удаления с поверхности поковок окалины, ржавчины, мазута, заусенцев после обрезки облоя. Для поглощения масла, измельченной ржавчины и окалины, а также для ускорения процесса очистки вместе с поковками в барабан загружают сухие древесные опилки и звездочки. Шероховатость поверхности после сухой галтовки достигает Rz 32-40.

В процессе мокрой галтовки вместе с поковками в барабан загружают различные абразивные материалы (кварцевый песок, гранит, фарфор, чугунные звездочки, стальные шарики) с добавлением мыльной или содовой воды. Этот способ применяют не только для очистки поверхности поковок, но также и для удаления микронеровностей на поверхности основного металла поковки. Такая очистка в некоторых случаях может заменить шлифование. После мокрой галтовки шероховатость поверхности получают от Rz 20 до Ra 0,63.

Читайте также  Старение металла что это такое?

Рис. 329. Схема очистки поковок в галтовочном барабане

Для сухой очистки используют галтовочные барабаны периодического действия с загрузкой поковок через боковую стенку с помощью подъемника. В конструкции предусмотрена возможность отсоса пыли в процессе работы барабана через отверстия в цапфах. Управление барабаном осуществляется дистанционно. При серийном и массовом производстве используют автоматизированные галтовочные барабаны периодического действия. Средняя часть этих барабанов цилиндрическая, в торцевых частях размещены загрузочные и разгрузочные люки. При разгрузке и загрузке поковок барабан устанавливают в наклонное положение, что обеспечивает возможность создания механизированных линий по очистке поковок. Большие возможности для механизации загрузочных работ обеспечивают очистные галтовочные барабаны непрерывного действия.

Галтовочные барабаны применяют для очистки штампованных поковок массой до 40 кг. Производительность стандартного барабана составляет 2 т поковок в час. Галтовкой очищают мелкие поковки (массой до 50 кг) простой конфигурации без тонких ребер, полотен и мелких отверстий во избежание забоин на поверхности изделий. Недостатком способа является однообразный утомляющий шум при работе барабанов, а также невозможность очистки внутренних полостей.

Широко распространены дробеструйный и дробеметный способы очистки поковок. При дробеструйной очистке поковок дробь разгоняется сжатым воздухом давлением 0,5^-0,6 МПа до скорости 20-^30 м/с. Оптимальное расстояние от сопла до поверхности очищаемой поковки равно 200-^300 мм, при меньших расстояниях производительность очистки падает, так как уменьшается площадь воздействия струи дроби. Дробеструйные аппараты позволяют производить очистку сложных поковок с глубокими полостями типа стаканов и втулок с фланцами.

В зависимости от способа перемещения поковок дробеструйные установки делят на дробеструйные барабаны с горизонтальной и наклонной осью вращения, вращающиеся и проходные столы и камеры периодического и непрерывного действия. Барабаны применяют преимущественно для очистки тонкостенных поковок, вращающиеся столы — для крупных поковок массой до 100 кг, проходные столы — для длинных поковок, камеры периодического действия — для крупногабаритных поковок в мелкосерийном производстве, а камеры непрерывного действия — в массовом производстве.

Широко применяют двухкамерные дробеструйные аппараты нагнетательной системы. Конструкция аппарата обеспечивает возможность одновременной работы двумя соплами. Сопла дробеструйных аппаратов изготовляют из отбеленного и легированного (27^-30% Сг) чугуна или из твердых сплавов. Для очистки мелких и средних поковок применяют чугунную или стальную дробь диаметром 0,5—2,5 мм. При этом для очистки стальных поковок, прошедших нормализацию, примеяют, как правило, дробь диаметром 1,0—2,5 мм, а для очистки поковок после термической обработки — более мелкую дробь — до 1,5 мм; для поковок из цветных металлов размер дроби 0,8-1,2 мм. Средний расход чугунной дроби в зависимости от рода поковок и качества дроби составляет 2,5-^3,5 кг на одну тонну поковок. Шероховатость поверхности после дробеструйной очистки Rz 320-40.

Более прогрессивным методом является механическая очистка поковок от окалины в дробеструйных установках периодического и непрерывного действия. В дробеструйных установках поверхность поковок очищается чугунной или стальной дробью, выбрасываемой из специального аппарата. Качество дробеструйной очистки высокое, при этом поковки не коробятся. Дефекты на их поверхности могут быть легко обнаружены. Только для особо ответственных поковок, поверхность которых не должна иметь даже мелких дефектов, необходимо предусматривать дополнительное кратковременное травление в течение 5—10 мин в 5-^7%-ном растворе серной кислоты. Продолжительность очистки по сравнению с травлением в 3—4 раза меньше, но, что важно, при этом улучшаются санитарно-технические условия труда.

Дробеструйные установки очень хорошо увязываются с механизированным транспортом. На рис. 330 показана дробеструйная установка непрерывного действия для очистки поковок коленчатых валов.

Рис. 330. Дробеструйная установка непрерывного действия для очистки от окалины поковок коленчатых валов:

  • 1 верхняя дробеструйная турбинка; 2 — поковки коленчатых валов;
  • 3 — подвеска на четыре поковки; 4 — цепной конвейер для перемещения подвесок с поковками; 5 — звездочки для вращения подвесок с поковками; 6 — нижняя дробеструйная турбинка

Система конвейеров, обслуживающая термические печи, подает коленчатые валы к механизму, который перегружает их на конвейер, обслуживающий дробеметную установку. При продвижении подвесок через камеру очистки они вращаются в струе стальной дроби, направляемой тремя турбинами, смонтированными на стенах камеры. Дробь, направленная каждой турбиной, образует веерообразную струю.

Действием веерообразной струи, распространяемым на большой площади, достигается равномерная очистка поверхности всех поковок. Из камеры валы электротельфером, смонтированным на однорельсовом пути, передаются на конвейер, где они проходят окончательную отделку. При такой очистке расход дроби составляет 40 кг на 1 т поковок.

При дробеметной очистке поток дроби с помощью быстровра- щающихся лопаток крыльчатки дробеметной головки направляется со скоростью 70-5-80 м/с на очищаемую поверхность поковки. По способу перемещения поковок внутри дробеметных установок последние делятся на ленточные барабаны, вращающиеся столы и камеры непрерывного и периодического действия. Этим способом, как и дробеструйным, очищают поковки массой до 50 кг в барабанах, до 100 кг — на столах, поковки любой массы — в камерах. Схема очистки в дробеметном барабане представлена на рис. 331. Поковки находятся на вращающейся бесконечной ленте. При вращении ленты поковки переворачиваются, что создает хорошие условия для очистки их поверхности.

Рис. 331. Схема очистки поковок в дробеметном барабане

Очистку поковок массой 100-И000 кг в условиях единичного и мелкосерийного производства выполняют в дробеметно-дробе- струйных камерах периодического действия. После дробеметной обработки твердость закаленных и отпущенных поковок повышается на 40% на глубине 0,3-Ю,5 мм, в результате чего увеличивается сопротивление материала поковки истиранию и усталости во время эксплуатации (при условии, что детали, обработанные дробью, не подвергаются в дальнейшем термической обработке и обработке резанием). После дробеметной обработки шероховатость поверхности поковок бывает такая же, как и после дробеструйной.

Химическим методом очистки поверхности поковок является травление, которое применяют для поковок, прошедших предварительную и окончательную термообработку перед обработкой резанием или консервацией. Этим способом можно очищать поковки массой до 1000 кг любой конфигурации. При этом выявляются все поверхностные дефекты (трещины, волосовины, зажимы и т.д.). Травление заключается в воздействии кислоты на металл. Для очистки стальных поковок применяют 20%-ный раствор серной кислоты при температуре 60-5-90 °С, реже используют 15%-ный раствор соляной кислоты, а также смесь этих кислот. Серная кислота вступает во взаимодействие со сталью, отслаивая окалину в виде рыхлой пленки, которая растрескивается и осыпается с поковки; соляная кислота растворяет окалину.

Процесс травления стальных поковок включает следующие этапы.

  • 1. Заправка ванны: заполнение травильной ванны приблизительно на 70% ее объема; прибавление кислот до требуемой концентрации; перемешивание; подогрев до рекомендуемой температуры; добавление ингибитора (присадки); перемешивание.
  • 2. Загрузка ванны поковками в корзинах из кислотоупорной стали.
  • 3. Травление, которое начинают при меньшей температуре рекомендуемого интервала, а по мере ослабления концентрации температуру доводят до максимальной. Обычно продолжительность процесса составляет 15-И8 мин в зависимости от концентрации раствора, температуры и толщины слоя окалины.
  • 4. Промывка в горячей воде.
  • 5. Нейтрализация в щелочной ванне при комнатной температуре.
  • 6. Промывка в горячей воде.
  • 7. Контроль качества травления на полное удаление окалины.

Хорошо протравленные поковки имеют поверхность одинакового серовато-стального цвета без пятен и остатков окалины.

Травление стальных поковок применяют редко, так как оно является дорогостоящим процессом (при травлении расходуется кислота и стравливается основной металл) и не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям. Более широко травление применяют при очистке поковок из алюминиевых, медных, магниевых и титановых сплавов.

Железная окалина и её виды, применение

Смесь оксидов железа, образовывающаяся при взаимодействии кислорода с раскалённым металлом, имеет обобщённое название — железная окалина. Она состоит из Fe3O4, FeO и Fe2O3 (магнетита, вьюстита и гематита соответственно) и представлена двумя легкоотделяемыми друг от друга слоями. При их суммарной толщине до 40 нм окалина невидима невооружённому взгляду, свыше 40 и до 500 нм — выдаёт себя цветами побежалости (радужным отливом). Постоянный же окрас появляется, если слой железной окалины на металле превышает 500 нм.

Читайте также  Жидкая холодная сварка для металла

Состав

Наружный слой оксида железа — гематит. Он обладает большой твёрдостью (1030 ед. по шкале Виккерса), абразивностью и очень плохо растворяется в кислотах. Под ним в условиях частичной нехватки кислорода формируется более мягкий и почти нерастворимый в кислотах магнетит. Ближе всего к металлу находится рыхлый и мягкий вьюстит, который легко поддается устранению механическим путём или кислотным травлением.

Толщина каждого из трёх слоёв зависит от температуры обработки стали. Так, при превышении порога в 570 °C образуется чётко выраженная трёхслойная структура окалины. Дальнейшее повышение температуры ведёт к увеличению толщины вьюстита. Если же сталь обрабатывается при температурах ниже 570 °C, то в составе окалины преобладают магнетит и гематит.

По цвету железной окалины можно определить температуру обработки стали. Так, при температуре в 700–750 °C в составе окалины больше гематита, из-за чего она приобретает рыжевато-красный оттенок. Образовавшийся при высокотемпературном (900–1000 °C) прокате слой оксидов из-за более высокого процента вьюстита становится чёрным.

Особенности

Твёрдость окалины сочетается с её хрупкостью, из-за чего вкрапления оксида внутри структуры металла резко понижают его эксплуатационные характеристики. По этой же причине железная окалина не может быть использована в качестве защитного покрытия, хоть она и не взаимодействует с кислородом. Более того, в месте скола оксидов наблюдается усиленное окисление стали, что происходит из-за разности потенциалов окалины и стали. По этой причине её удаляют с готового проката.

Удаление окалины

Слой оксидов железа с прокатной стали удаляют со стальной заготовки несколькими способами.

  • механическая;
  • химическая;
  • электрохимическая.

Возможно также сочетание вариантов.

Механическое воздействие на прокат сводится к пропуску проволоки или листа с окалиной через ряд роликов. При этом достигается частое изгибание заготовки, под воздействием которого железная окалина рассыпается на отдельные чешуйки и осыпается с металла. Для финишной очистки могут быть использованы абразивы, наждачные ленты, щётки из проволоки.

Достоинством этой технологии является сравнительная дешевизна и экологичность. Но поскольку отказ от смазки при такой обработке нецелесообразен, это приводит к замасливанию железной окалины, что затрудняет дальнейшую её переработку.

Химический и электрохимический способы очистки стали называют травлением. Для этих целей используются серная и соляная кислоты, реже — фосфорная, азотная, плавиковая или их смесь. Главными недостатками такого способа является одноразовое использование травильных растворов (не восстанавливаются) и низкий спрос на побочный продукт преобразования окалины — железный купорос. По этой причине травление применяется довольно редко, и ему обычно предшествует механическая очистка проката от окалины.

Применение окалины

Опытными кузнецами давно было примечено повышение сопротивляемости металла коррозии при формировании на нём тонкого слоя окалины. Сейчас же воронение оружейной стали используется лишь в качестве декоративной отделки. Её цвет зависит от способа обработки (кислота, щёлочь, температура) и толщины оксидной плёнки, составляющей от 1 до 10 мкм.

Прокатная окалина, удельный вес которой достигает 3% от общего веса готовых изделий, является ценным сырьём для металлургического производства за счёт высокого содержания (до 75%) в ней железа. Основное направление её переработки — очистка от примесей и восстановление, после которого она превращается в низкоуглеродистую сталь.

Некоторые составы окалины успешно применяются в качестве красящих пигментов и активно используются в строительстве. Также из окалины производится железный порошок, применяемый в металлургии, при изготовлении самонагревающихся смесей и даже в пищевой промышленности.

Химический состав этого отхода металлургической промышленности стандартизирован. Её стоимость может колебаться в зависимости от преобладания определённых видов окислов и количества примесей. Усреднённая цена на начало 2019 года составляла 50 американских долларов за тонну железной окалины.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Удаление — окалина

Удаление окалины после термической обработки и других видов нагрева с поверхности нержавеющих сталей производится механическим способом или травлением. [1]

Удаление окалины с углеродистых сталей производится обычно в 20 % — ном растворе горячей серной кислоты или 10 — 15 % — ном растворе соляной кислоты. Легированные хромоникелевые стали травят последовательно в смеси серной и соляной кислот, соляной и азотной кислот при 40 — 50; хро-мистые — в соляной и фтористово-дородной. [2]

Удаление окалины с изделий горячекатаной стали с целью получения гладкой поверхности необходимо и для многих других операций. Химический процесс, используемый для удаления оксидов с поверхности металлов, называется травлением. Процесс травления, как правило, заключается в погружении металлического изделия в водные растворы кислот; обычно неорганических. Растворы кислот взаимодействуют с оксидами с образованием и соли и воды. Основной проблемой, при этом является перетравливание поверхности, связанное с тем, что металл остается в растворе травителя после того, как окалина удалена с поверхности, и кислота взаимодействует с металлом. Дополнительную трудность при травлении создает свободный водород, который поглощается металлической основой, что приводит к водородному охрупчиванию. Для предотвращения этих нежелательных явлений выгодно добавлять ингибиторы коррозии в травильные растворы. [3]

Удаление окалины с низколегированных сталей происходит труднее, поскольку окалина имеет более сложный состав и содержит элементы, которые трудно растворяются в кислотах. [5]

Удаление окалины гидридом натрия имеет ряд преимуществ по сравнению с кислотным травлением. [7]

Удаление окалины термическим способом производится при помощи газовых горелок со вставленными в них сварочными наконечниками крупного размера. От сильного нагревания окалина растрескивается и отслаивается; пламенное дутье способствует отделению частиц. Оставшуюся окалину можно затем легко удалить металлическими щетками. [8]

Удаление окалины термическим способом производится при помощи газовых горелок со вставленными в них сварочными наконечниками крупного размера. От сильного нагревания окалина растрескивается и отслаивается; пламенно. Оставшуюся окалину можно затем легко удалить металлическими щетками. [9]

Удаление окалины и ржавчины при катодном травлении происходит главным образом путем восстановления окислов и механического отрыва их от поверхности бурно выделяющимся водородом. Катодное травление применяется довольно редко, так как при нем происходит чрезмерное наводороживание металла, приводящее к так называемой травильной хрупкости. [10]

Удаление окалины с деталей, выполненных ковкой или штамповкой, производится погружением их на 15 — 25 мин. Детали, прошедшие операцию травления, в том случае, если они не будут подвергаться дальнейшей обработке, подвергаются окончательной отделочной операции — пассивированию, целью которой является нанесение на поверхность изделия тонкой бесцветной пленки, сообщающей стали типа 18 — 8 устойчивость против атмосферной коррозии. [11]

Удаление окалины из ручьев штампа исключительно важно как для работоспособности инструмента, так и для качества поковки. Частицы окалины, отличающиеся большой твердостью, при штамповке царапают штамп, вызывая ускоренный его износ. В особенно неблагоприятных условиях находится нижний штамп, в ручьях которого скапливается окалина. Окалина легко заштамповывается в горячий металл, что приводит к браку поковок. [12]

Удаление окалины из ручьев осуществляют струей сжатого воздуха. Сопло для обдувки располагают со стороны, противоположной первому ручью, так чтобы сдуваемая окалина не попала в остальные ручьи. Часто после первых ударов на молоте поковку приподнимают и выдувают окалину из ручья. Такой способ несколько снижает производительность труда, но зато уменьшает износ штампа. [14]

Удаление окалины проводится при 400 — 450 С. Окислы железа восстанавливаются до металлического железа, а окислы хрома и ряда других легирующих элементов, которые термодинамически не могут быть восстановлены до металла, восстанавливаются до более низких окислов. Процесс сопровождается разрыхлением окалины, которая частично отслаивается от образца и оседает на дно сосуда. После извлечения образца из натрия окалина относительно легко удаляется жесткой щеткой. [15]

Оцените статью
Добавить комментарий