Технические науки / 1. Металлургия

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

Лейс В.А., А.Ю. Ващенко А.Ю., Меньшиков А.М., Сунцов А.К.

Сибирский государственный индустриальный университет, Россия

Особенности линейного расширения углеродистой стали

после нагрева в азотистой среде

 

1.       Изучалось влияние нагрева в карбамиде CO(NH2)2 на линейное расширение углеродистых сталей с содержанием углерода 0,45 и 0,78 %. Если рассматривать карбамид как вещество с высоким содержанием азота (46 %) и водорода, то, в определенной мере, нагрев в нем можно считать процессом химико-термической обработки. Если водород и азот участвуют в процессе расширения тел, то это должно изменить коэффициент линейного расширения (КЛР) углеродистой стали.

2.       Образцы подвергались обработке в интервале 150¸700ºС в течение 10 ч, охлаждение проводили с печью. Выбор режимов осуществлялся с учетом поведения элементов внедрения (водорода и азота) при этих температурах.

3.       Видно (рисунок 1), что предварительный нагрев при 150¸250ºС практически не оказывает влияния на КЛР стали 45 в низкотемпературной области испытаний, однако при повышении температуры испытания (tисп) до 400ºС КЛР снижается на 28 %. Нагрев при 300ºС снижает КЛР исследуемого материала во всем интервале температур испытания, в наибольшей мере снижение происходит при tисп = 400 и 450ºС. КЛР образца, не подвергавшегося обработке, при tисп = 400ºС α=15,03∙10-6 град-1, а после обработки α=9,39∙10-6 град-1. При tисп = 450ºС КЛР снижается со значения α=14,46∙10-6 град-1 до α=8,34∙10-6 град-1. С целью снижения КЛР в высокотемпературной области целесообразно проводить нагрев при более высоких температурах – 500¸700ºС, так как такой нагрев снижает КЛР в среднем на 33 %.

4.       Рисунок 2 иллюстрирует возможности изменения теплового расширения стали У8. Нагрев при до 200ºС наиболее эффективен, КЛР снижается со значений α=12,59∙10-6 град-1 до α=10,19∙10-6 град-1 при tисп = 250ºС. У8 – сталь, широко используемая для изготовления инструмента, и, следовательно, к ней предъявляются требования по теплостойкости. Тепловое расширение коррелирует с параметрами теплостойкости: чем ниже КЛР  материала при температурах испытания 400¸450ºС, тем выше его надежность и долговечность. Снизить КЛР стали У8 при tисп = 400¸450ºС позволяет нагрев при 550ºС, КЛР снижается на 50 %. Повышение температуры нагрева до 600 и 700ºС сглаживает эту аномалию, однако снижает КЛР стали при температурах испытания 50ºС.

5.       Показано, что нагрев в карбамиде является перспективным  направлением разработок, направленных на создание нового класса нелегированных материалов с низкими значениями коэффициента теплового расширения.

 

Рисунок 1 – Влияние нагрева в карбамиде (10 ч, охлаждение с печью) на линейное расширение стали 45

Рисунок 2 – Влияние нагрева в карбамиде (10 ч, охлаждение с печью) на линейное расширение стали У8