Особенности влияния нагрева в азотистой среде на линейное расширение высокочистого железа

Технические науки / 1. Металлургия

Д.т.н. Афанасьев В.К., Долгова С.В., Копытько А.А.,

Ващенко А.Ю., Червозерова А.К.

Сибирский государственный индустриальный университет, Россия

Особенности влияния нагрева в азотистой среде на линейное расширение высокочистого железа

1. В настоящее время сплавы с малыми значениями термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) находят широкое применение в приборной, космической, измерительной, криогенной и вакуумной технике [1]. Сплавы с низким ТКЛР в основном создаются путем легирования железной основы никелем, кобальтом, титаном и другими элементами, в том числе, платиной и палладием [2]. Это приводит к усложнению способов термической обработки, повышению ресурсо- и энергоемкости технологии и является экологически и экономически нецелесообразным.

2. В работе [3] показано, что содержание углерода и легирующих элементов практически не оказывает влияния на ТКЛР железных сплавов. Исключением являются сплавы железа с 32¸42 % Ni, составляющие основу класса инварных. Объяснение аномалии этих сплавов до сих пор неполно и противоречиво. В связи с этим изучалось линейное расширение железа высокой степени чистоты, не содержащее легирующих добавок. Химический состав приведен в таблице.

3. В работах [4-5] показана возможность эффективного регулирования значений ТКЛР путем термической и химико-термической обработки за счет изменения количества, формы и характера перераспределения элементов внедрения в металлах и сплавах. Исходя из положений, изложенных в [6], средой обработки была выбрана мочевина, содержащая 46 % азота.

4. Нагрев проводили при температурах 100 – 700 ºС в течение 10 ч с последующим охлаждением с печью. Результаты приведены на рисунках 1 и 2. Видно, что после нагрева при 150, 200, 250 ºС коэффициент линейного расширения значительно снижается при температурах испытания (t_исп) 250¸450 ºС. После нагрева при 150 ºС ТКЛР железа марки 008ЖР составляет 0,7∙10^-6 град^-1 при t_исп 350 – 400 ºС. В то время как для высоколегированных коваров ТКЛР при этих температурах составляет 6,3∙10^-6 град^-1 [2]. Повышение температуры нагрева не приводит к снижению ТКЛР высокочистого железа (рисунок 2).

5. По результатам работы сделан вывод о перспективе применения химико-термической обработки железа с целью снижения его ТКЛР без применения легирования.

Таблица – Химический состав железа 008ЖР (% мас)

С	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Al
0,008	0,006	0,03	0,005	0,003	0,01	0,03	0,03	0,05
Остальное – железо.

Литература:

1. Прецизионные сплавы : справочник [Текст] / под ред. д.т.н. проф. Б.В. Молотилова. - 2-е изд. – М. : Металлургия, 1983. – 439 с.

2. Захаров А.И. Физика прецизионных сплавов с особыми тепловыми свойствами [Текст] / А.И. Захаров. – М. : Металлургия, 1986. – 239 с.

3. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел [Текст] / С.И. Новикова. - М. : Наука, 1974.- 424 с.

4. Афанасьев В.К. Нетрадиционные способы термической обработки алюминиевых и железных сплавов [Текст] / В.К. Афанасьев, С.В. Долгова, Н.Б. Лаврова, В.Н. Толстогузов, Д.М. Чибряков // Обработка металлов. – 2009. - №3. – С. 3-9.

5. Афанасьев В.К. Водород и свойства алюминиевых сплавов [Текст] / В.К. Афанасьев. - Кемерово: Фирма «Полиграф», 2010. – 458 с., ил.

6. Афанасьев В.К. Водородная платформа периодической системы элементов [Текст] / В.К. Афанасьев // Металлургия машиностроения. – 2011.- №2. - С.21 - 26