Об особенностях линейного расширения сплавов Fe – C (Сообщение 1)

Технические науки / 1. Металлургия

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

Бояскина А.К., Чевозерова А.К.

Сибирский государственный индустриальный университет, Россия

Об особенностях линейного расширения сплавов Fe – C

(Сообщение 1)

В настоящее время приборостроение, измерительная и вакуумная техника нуждаются в материалах с низким термическим коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). В основном эта потребность удовлетворяется за счет инваров – группы магнитоупорядоченных сплавов с очень низкими ТКЛР. Первый инвар был открыт еще в конце XIX в., он содержал 35 % Ni, остальное – Fe. До настоящего времени секрет инварного эффекта не выяснен и продолжаются экспериментальные попытки создания подобных сплавов. Появились сплавы на основе кобальта, содержащие 52 % Co, 37 % Fe и 11 % Cr, и даже сплавы с драгоценными металлами на основе систем Fe-Pt, Fe-Pd с 25 % Pt и 31 % Pd соответственно. Естественно, что с таким химсоставом эти сплавы могут иметь лишь ограниченное применение.

Кроме того, для них применяют сложную термообработку после предварительной холодной или горячей пластической деформации. В результате, в сочетании со стоимостью легирующих элементов, окончательная цена продукта резко повышается. Поэтому необходимы другие пути получения железных сплавов с низкими значениями ТКЛР и с простой технологией их обработки.

Прежде всего, следует обратить внимание на особенности инварного эффекта. Для этого была проведена следующая работа.

1. Анализ теплового расширения высокочистого железа, стали, серого и белого чугуна. Установлено, что углерод не оказывает существенного влияния на расширение железа (рисунок 1).

2. Цементация по различным режимам при 930 – 1000 ºС в бондюжском карбюризаторе не влияет на линейное расширение железа и стали.

3. Установлено, что охлаждение в воду железа и стали 20 с 1000 ºС после выдержки 3 мин практически не влияет на их линейное расширение и создает две аномалии, заключающиеся в резком снижении ТКЛР при 150 и 350 ºС, в стали У8 (рисунок 2).

4. Установлен факт резкого снижения ТКЛР железа 008ЖР и стали 20 после цементации (1000 ºС, 1 ч, охлаждение на воздухе) и последующей закалки с 1000 ºС при выдержке 3 мин и охлаждении в воду. В этом случае полученное для железа α = 1,2∙10^-6 град^-1 и α = -2,9∙10^-6 град^-1, а для стали 20 α = 0,1∙10^-6 град^-1 и α = 5,1∙10^-6 град^-1 при температурах испытания 150 ºС и 300¸350 ºС соответственно.

5. Известно, что железо способно иметь малые значения ТКЛР при отрицательных температурах [1, 2]. В настоящей работе установлена принципиальная возможность придания железу и малоуглеродистой стали низких значений коэффициента теплового расширения при температурах выше комнатной. Показано, что закалочные эффекты не повторяются при последующих нагревах, что, возможно, связано с развитием процессов дегазации при нагревах выше 300 ºС. Работы в этом плане продолжаются.

Литература:

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

2. Таблицы физических величин : справочник [Текст] / под ред. акад. И.К. Кикоина. - М. : Атом издат, 1976. – 1006 с.