Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса (литературный обзор) 8
1.1 Общие сведения о чугуне 8
1.2 Физико-механические свойства серого чугуна 9
1.2.1 Физические свойства 9
1.2.2 Механические свойства 11
1.3 Влияние водорода, азота и кислорода на структуру и свойства серого чугуна 22
1.3.1 Водород 23
1.3.2 Азот 33
1.3.3 Кислород 39
1.3.4 Совместное действие водорода, азота и кислорода 42
1.4 Общие сведения о линейном расширении чугунов и инваров 43
1.4.1 Чугуны 46
1.4.2 Инвары 50
1.5 Виды термической обработки серого чугуна ,.60
1.5.1 Термическая обработка 60
1.5.2 Термоциклическая обработка 64
1.5.3 Химико-термическая обработка 72
1.6 Выводы 76
2 Материал и методика исследований 77
2.1 Материал исследования 77
2.2 Термическая обработка 77
2.3 Определение содержания водорода, азота и кислорода 78
2.4 Исследование микроструктуры 81
2.4.1 Металлографический анализ 81
2.4.2 Количественный металлографический анализ 81
2.5 Определение механических свойств 82
2.6 Определение коэффициента линейного расширения 83
2.7 Определение плотности 85
3 Влияние низкотемпературной термической обработки на линейное расширение серого чугуна 87
3.1. Обработка с нагревом в интервале 80 -100 ЯС 87
3.2 Обработка с нагревом в интервале 400 - 450 'С 94
3.3 Обработка с нагревом в интервале 500- 600'С 100
3.4 Выводы по главе 107
4 Влияние высокотемпературной термической обработки на линейное расширение серого чугуна 108
4.1 Термоциклическая обработка 108
4.1.1 Обработка с нагревом в интервале 700 - 750 'С 108
4.1.2 Обработка с нагревом в интервале 900 - 950 *С 115
4.2 Влияние температуры, времени, среды нагрева и охлаждения в интервале 900- 1000<С 122
4.2.1 Термоциклическая закалка 122
4.2.2 Влияние времени нагрева под закалку 124
4.2.3 Закалка серого чугуна, предварительно подвергавшегося нагреву в среде карбюризатора 136
4.3 Влияние нагревав стекле при 950^С 138
4.4 Совместное влияние термоциклической обработки и окончательной закалки 144
4.5 Влияние нагревав интервале 700 -1000С 162
4.5.1 Влияние времени нагрева при 700 ^ 162
4.5.2 Термоциклическая обработка в интервале 700 -10001 169
4.5.3 Термоциклическая обработка в интервале 980 - 1020 'С 172
4.6 Выводы 177
5 Перспективы использования результатов работы 179
5.1 Об участии водорода, азота и кислорода в формировании свойств чугуна 179
5.2 Сравнение линейного расширения и плотности серого чугуна и специальных чугунов 188
5.3 Сравнение линейного расширения серого чугуна и инваров 190
5.4 Выводы 193
Общие выводы 194
Список использованных источников 196
Приложение 208
- Влияние водорода, азота и кислорода на структуру и свойства серого чугуна
- Определение содержания водорода, азота и кислорода
- Влияние температуры, времени, среды нагрева и охлаждения в интервале 900- 1000<С
- Совместное влияние термоциклической обработки и окончательной закалки
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современного материаловедения предусматривает постоянный'поиск новых материалов с более высокими свойствами по сравнению с имеющимися. Особенно актуальной в последнее время является разработка металлических сплавов1 с низким коэффициентом линейного расширения (КЛР).'Эта задача в настоящее время решается двумя способами.
Во-первых, совершенствованием инварных сплавов за счет усложнения их химического состава. Существуют сплавы на основе кобальта, содержащие 52 % Со, 37 % Fe и II % Сг, сплавы с драгоценными металлами на основе систем Fe - Pt, Fe - Pd с содержанием 25 % Pt и 31 % Pd соответственно. Для таких сплавов применяют сложную' термическую обработку после предварительной холодной' или горячей пластической деформации. Этим и обусловлена высокая стоимость инваров.' Железные сплавы с -малым коэффициентом линейного расширения известны уже более ста лет. Первый инвар был получен Ш. Гильомом в 1889 г., он содержал 36 никеля, остальное - железо. Но до настоящего времени природа инварного эффекта не выяснена.
Во-вторых, продолжается интенсивная. разработка легких сплавов на
основе системы алюминий - кремний с применением . нетрадиционных
легирующих элементов - водорода, азота, фосфора, фтора. ;... >L:
В конструкциях, где вес не является определяющим, железо еще долго будет, основой металлических сплавов. .Прежде всего,, это лазерная, микроволновая, вакуумная техника и точное приборостроение. В связи с этим, необходимы другие способы . получения железных , сплавов с низкими значениями коэффициента линейного расширения и с простой технологией их обработки. Одним из путей решения такой задачи может быть использование серого чугуна. Несмотря на то, что этот материал давно известен, ресурс его свойств еще не выработан, а возможности термической обработки в их улучшении еще не исчерпаны. Например,, практически не изученным остался вопрос о воздействии термической обработки на линейное расширение серого чугуна. В случае разработки режимов термической обработки, снижающих КЛР, серый чугун может стать самым перспективным и дешевым материалом, способным заменить многие легированные икварные сплавы на основе железа.
Цель работы: Изучение основных закономерностей влияния термической обработки на линейное расширение серого чугуна, разработка режимов термической обработки серого чугуна, позволяющих получить наиболее низкие значения коэффициента линейного расширения. Задачи работы.
-
Изучить влияние низкотемпературной. термоцяклической" обработки (ТЦО) с нагревом в интервалах 80 - 100 С, 400 -450 С и 500 - 600 С с охлаждением в воде, кипящей воде, на воздухе и с печью на линейное расширение серого чугуна. , ,...--.-,
-
Изучить влияние высокотемпературной термоциклической обработки с
нагревом в интервалах 700- 750 С и 900 -950 С и охлаждением в различных средах на коэффициент линейного расширения.
-
Исследовать воздействие высокотемпературного нагрева в интервале 900 - IOO0 С с охлаждением в масле, воде и кипящей воде на изменение КЛР.
-
Разработать способы совместной термоциклической обработки и окончательной закалки, наиболее эффективно снижающие коэффициент линейного расширения.
-
Провести сравнение линейного расширения серого чугуна с линейным расширением специальных легированных чугунов и инварных сплавов с минимальным КЛР.
Научная новизна.
-
Проведен систематический анализ влияния термической обработки на линейное расширение серого чугуна в интервале температур испытания 50 - 450 "С. Разработан ряд режимов термической обработки серого чугуна, эффективно снижающих коэффициент линейного расширения,
-
Установлено, что КЛР серого литейного чугуна после проведения термоциклического отжига при 900 — 950 "С может снижаться до аямоо * 3,4 х Ю^град"1 в интервале температур испытания 50-100 С.
-
Впервые установлено наличие аномалий линейного расширения серого чугуна после термоциклической закалки с 900 — 950 С,,закалки с 900 -1000 С, совместной термоциклической обработки и окончательной закалки, которые характеризуются резким снижением КЛР при W 100 -200С и 400 - 450 С до нулевых значений.
-
Впервые установлено наличие аномалий линейного расширения серого чугуна при температурах испытания 400 — 450 С, при которых происходит сжатие до а*1- (2,1 * 1,3) х 1СГ*град"1.
-
Показано, что после применения предложенных в работе режимов термической обработки серый чугун может иметь более низкие значения КЛР по сравнению со многими специальными легированными чугунами и сравнимые с КЛР некоторых инварных сплавов на основе системы Fe -Ni.
Практическая значимость. Предложенные способы термической обработки серого чугуна позволяют получать низкие значения коэффициента линейного расширения на уровне инварных сплавов и могут быть использованы в точном машиностроении и приборостроении, где требуется низкий коэффициент линейного расширения. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс в виде учебных пособий, применяющихся при обучении студентов специальностей «Физика металлов» и «Металловедение и термическая обработка металлов».
Защищаемые положения. На защиту выносятся; 1) закономерности влияния термической обработки на линейное
расширение серого чугуна в интервале температур испытания 50 - 450 С;
2) результаты влияния термоциклической обработки с нагревом в
интервале 900 - 950 вС, закалки с 900 - 1000 С, совместной
термоциклической обработки и закалки, а также закалки предварительно
цементированного чугуна на его КЛР;
3) результаты сравнения линейного расширения серого чугуна с линейным
расширением специальных чугунов и инваров.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийской научно '-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2003 г); IV Всероссийской научно -практической конференции «Информационные технологии в экономике, науке, образовании» (Бий с к, 2004 г.); Труды Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, реинжиниринг, управление, автоматизация» (Новокузнецк, 2004,2005 г.).
Публикации. Результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в Х печатных работах, в том числе в 2 учебных пособиях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 207 страницах
машинописного текста, состоит из введения, глав, общих выводов,
приложения, содержит 5_3_ таблицы, 59 рисунков и список литературы из 147
наименовании. '
Влияние водорода, азота и кислорода на структуру и свойства серого чугуна
Чугун представляет собой многокомпонентную систему, основными составляющими которой являются железо, углерод, кремний и марганец, а постоянными примесями - фосфор, сера, водород, кислород и азот. В твердом и жидком железе водород и азот находятся в виде положительно заряженных ионов, а кислород - в виде анионов. Наличие в чугуне примесей, обладающих большим сродством к кислороду и азоту, ведет к образованию химических соединений - оксидов и нитридов. Азот в жидком чугуне находится в виде нитридов кремния, марганца, хрома, алюминия, титана [9]. В нитридах переходных металлов (Мп, Ті, Сг) азот находится в виде положительно заряженных частиц. Почти весь кислород жидкого чугуна входит в состав оксидных включений, которые в зависимости от состава могут быть твердыми или жидкими. Лишь незначительная часть кислорода находится в растворе в свободном состоянии. Форма существования кислорода в оксидах близка к анионной (О"). В твердом чугуне, весь кислород находится в виде неметаллических включений. Водород, как в жидких, так и в твердых чугунах растворяется в виде ионов [9]. В работах [5,10-12] указывается, что газонасыщенность оказывает большое влияние на свойства чугунов. Присутствие элементов внедрения водорода, азота и кислорода в металлах и сплавах вызывает пристальное внимание многих авторов [13-24]. В работе [25] сообщается, что воздействие растворенных газов на структуру и графитизацию чугуна приобретает все большее значение и является одним из путей повышения качества и снижения себестоимости отливок.
Водород в железных сплавах способен приводить к значительным последствиям (водородная хрупкость, водородная болезнь, флокены, отбел и др.) [17], На рисунке 1.6 представлена диаграмма состояния железо - водород [26], Экспериментальные трудности, связанные с химическим взаимодействием компонентов, сложностью фазового состава, наличием межфазных поверхностей различной степени сопряжения и разветвленности, привели к тому, что поведение водорода в чугунах изучено недостаточно, а имеющиеся экспериментальные данные часто носят противоречивый характер [9]. Растворимость водорода в железе скачкообразно изменяется при температурах полиморфных превращений и увеличивается при повышении температуры [9]. На растворимость водорода сильное влияние оказывают легирующие элементы. Углерод при больших количествах резко увеличивает растворимость водорода (рисунок 1.7). Понижение растворимости водорода при кристаллизации является важным обстоятельством, влияющим на образование газовых раковин в отливках. Охлаждение металла после кристаллизации ведет к постепенному понижению растворимости водорода в железе и увеличению его активности.
Водород выделяется из наружных слоев металла в атмосферу, а из внутренних - в макро- и микропоры металла, переходя в них в молекулярную форму. Водород, растворенный в железе, чрезвычайно подвижен, что объясняется малым размером диффундирующих частиц (0,46 А) [5]. В жидкий и затвердевший чугун водород может попадать в избыточном количестве из влаги окружающей среды.
Присадка в чугун редкоземельных металлов способствует переводу водорода в химически связанное состояние, в том числе в растворенные в металле водородсодержащие комплексы, и, тем самым, уменьшает его нежелательное влияние [27], Растворимость водорода в жидком чугуне меньше, чем в стали и равна 11 - 16 см /100 г в широком температурном интервале - от температуры кристаллизации до температуры перегрева. С повышением температуры чугуна растворимость водорода в нем увеличивается незначительно [5]. В твердом чугуне при 600 - 700 С растворимость водорода такая же, как и в железе (1,0 - 1,5 см3/100 г). С повышением температуры начинает проявляться различие абсорбционных способностей железа и чугуна. При 1000 С серый чугун, содержащий 3,4% С и 2,1 %Si, растворяет водород на 1,55 см/100 г меньше, чем железо. Для белого чугуна эта разница незначительна. Например, для чугуна с 2,5 % С, 0,6% Si, она равна 0,55 см3/100г [9]. В работах Лакомского В.И и Явойского В.И. была установлена прямая зависимость между содержанием водорода в жидком чугуне и объемом пор в твердом чугуне: увеличение концентрации водорода с 1,8 до 5,4 см /100г привело к повышению общего относительного объема раковин и пор с 5,6 до 10,8 %. Установлено [9], что водород увеличивает отбел чугуна и является сильным стабилизатором цементита. С повышением содержания водорода в жидком чугуне глубина отбела в образцах, отлитых в кокиль, увеличивается, а в структуре уменьшается количество графита и появляется структурно свободный цементит. С увеличением содержания водорода в жидком чугуне графитные включения измельчаются, и появляется междендритный графит. Согласно данным И. Н. Богачева [28], это объясняется понижением эвтектической температуры чугуна вследствие дезактивации зародышей кристаллизации водородом.
Влияние водорода на структуру графитных включений в чугуне тесно связано с концентрацией серы. В [9] было показано, что чистые сплавы Fe-C-Si всегда имеют структуры переохлаждения. Однако стоит ввести в сплав « 0,01 % серы, как кристаллизуется нормальный пластинчатый графит. Этот же чугун, переплавленный в вакууме, кристаллизуется с междендритным расположением графита; переплавка в атмосфере водорода переводит графит в грубо пластинчатую форму. Другими словами, в обезводороженном чугуне требуется больше серы, чтобы вызвать кристаллизацию графита в пластинчатой форме.
Водород в процессе кристаллизации металла мигрирует в ощутимых количествах в те области отливки, которые затвердевают последними. В тонкостенных отливках при сравнительно быстрой кристаллизации металла ликвационные процессы не получают заметного развития. В массивных же отливках с большой толщиной стенок растущие от поверхностей теплоотвода кристаллы чугуна всегда имеют более низкую концентрацию водорода, чем оттесняемый ими к центру сечения отливки жидкий металл.
Определение содержания водорода, азота и кислорода
Содержание водорода, азота и кислорода определялось методом горячей вакуумной экстракции [137] с помощью газового анализатора - «Эволограф VH-9» системы Хереуса-Файхтингера (Швейцария). Ниже приведен принцип действия этого прибора. Принципиальная схема рабочего процесса установки горячей экстракции «Эволограф VH-9» представлена на рисунке 2.1.
Принцип измерения. Горячая вакуумная экстракция осуществляется в графитовом тигле в электродной печи. Тигель нагревается двумя электродами в течение нескольких секунд до 2800С. Это обеспечивает быструю диссоциацию нитридов, редукцию окисей и, таким образом, полную экстракцию газов. Кислород после реакции с графитовым тиглем определяется в составе газа СО. Газы, освобожденные в течение реакции, автоматически впрыскиваются в струю газа-носителя (аргона или гелия в зависимости от требуемой чувствительности анализа). В распределительных столбах газового хроматографа газовая смесь последовательно разделяется в компоненты. Отдельные концентрации определяются при помощи измерительной ячейки с ЭВМ.
Конструкция и функции узлов эволографа Электродная печь, электропитание и вакуумные насосы для быстрой откачки выполнены в виде компактного унифицированного узла стола. После закрытия печи они автоматически управляют общим протеканием процесса экстракции по предварительно выбранным параметрам. Верхняя часть двухсекционной электродной печи стационарна, а нижняя часть смонтирована подвижно. При помощи рычага ее можно спускать и горизонтально откидывать. При закрытом состоянии с помощью пружины образуется контактное давление между электродами и тиглем. На верхней части установлены вакуумные присоединения с вентилями для быстрой откачки, соединения с прибором для анализа и клапан вентиляции для присоединения газа-носителя.
Все вентили вводятся в действие электромагнитно. При откачке и обогреве получающийся газ откачивается пароструйным насосом с последовательно включенным пластинчато-роторным насосом.
Освобожденный при экстракции газ отсасывается другим пароструйным ртутным насосом и транспортируется в анализатор. Ток обогрева тигля поставляет трансформатор большой силы, который имеет первично включенный тиристор - регулятор переменного тока.
Прибор для анализа также выполнен в виде стола. Здесь встроены: пароструйный ртутный насос, газосборный насос, пластинчато-роторный насос, калибровочное устройство с баллоном калибровочного газа и камерным вентилем, а также регуляторы давления, регуляторы скорости потока и вентили. Кроме того, здесь установлена ЭВМ для автоматической оценки хроматограмм.
Рабочий процесс. Тигель вставляется в водоохлаждаемую печь. Малый объем печи - несколько кубических сантиметров - промывается аргоном и после закрытия откачивается в течение нескольких секунд. Прямое прохождение тока обогревает тигель и таким образом он обезгаживается. Время обезгажения требует менее, чем 1 мин. После этого тигель поворачивается из позиции обогрева в позицию загрузки для вброса пробы из быстро действующего шлюза. Затем тигель вновь вводится в позицию обогрева. Стружкообразные пробы расплавляются в течение 4-5 с, компактные пробы - в течение 6-Ю с. Общая экстракция продолжается в течение 30 с. Затем тигель охлаждается и производится его замена. При помощи пароструйного ртутного насоса газы всасываются в прибор анализа. На его форвакуумной стороне находится полностью автоматизированный газосборный насос. Внесение накопленных газов в поток газа-носителя происходит автоматически. Приходящие газы от пароструйного насоса всасываются сборным насосом в сборное пространство. Это накопление осуществляется путем ритмичного откачивания и зааэрирования пространства под мембраной при помощи электромагнитно действующей комбинации вентилей.
Влияние температуры, времени, среды нагрева и охлаждения в интервале 900- 1000<С
В настоящем разделе приведены результаты изучения влияния термоциклической закалки на линейное расширение серого чугуна. 1 цикл представлял собой следующее: нагрев до 900С, выдержка - 15 мин, охлаждение в кипящей воде. Закалка привела к возникновению двух аномалий на температурных зависимостях КЛР. Первая аномалия -характеризовалась резким снижением коэффициента в интервале испытаний 100 - 250 С. После первого же цикла закалки значение коэффициента уменьшилось с 10,72 х 10" до 6,49 х 10 град при температуре испытания 150 С. После второго цикла КЛР уменьшился до 5,45 х 10"6 град"1, после третьего-до 5,15 х 10"6 град" (таблица 4.3, рисунок 4.11). Вторая аномалия проявилась в температурном интервале испытаний 300 - 400 С. КЛР при этом увеличился с аи,х = 13,47 х 10"6 град"1 до значений осзэо = 16,96 х 10 6 град 1 после 1-го цикла закалки. После второго (цикла коэффициент достиг значений а о = 16,18 х 10"ь град 1, после третьего -аз;о= 15,81 х 1 О 6 град"1 (рисунок 4.11, таблица 4.3). При температуре испытания 450 С произошло резкое уменьшение КЛР с a„tX = 12,48 х 10"6 град"1 до значений OLJSO 1,86 х10"6 град"1 после первого цикла, до ОЦ50 = 130 х10" град" - после второго цикла закалки. После третьего цикла коэффициент также уменьшился, но менее интенсивно, и достиг значения ат = 7,19 х 10 6 град"1. Копии дилатограмм приведены в приложении.
В общем, можно заключить, что термоциклическая закалка с 900 С в кипящую воду оказала значительное влияние на линейное расширение серого чугуна, выразившиеся в образовании аномалий на температурных зависимостях КЛР. Причем, с увеличением числа циклов КЛР достигал более низких значений по сравнению со значениями серого чугуна без термической обработки. С целью изучения влияния времени нагрева под закалку на линейное расширение серого чугуна проводилась следующая термическая обработка. нагрев до 900 С, выдержка от 5 до 60 мин, охлаждение в масле. Как было установлено, закалка в масло независимо от времени выдержки создала аномалии при t„cn 100 - 250С и 300 - 400 С. Результаты измерений сведены в таблицу 4.4. и показаны на рисунке Первая аномалия характеризовалась резким снижением значений КЛР. Наибольшее уменьшение коэффициента произошло после закалки с временем выдержки 5 мин и составило Х2оо = 4,95 х 10"6 град"1 (aHLX = 11,74 х 10"г град"1). После закалки с выдержкой в 1 час при температуре испытания 200С коэффициент уменьшился с 11,74 х 10"6 до 5,23 х 10"6 град 1. При увеличении температуры испытания наблюдалось резкое увеличение КЛР. Наибольшее значение коэффициента было определено после закалки с выдержкой в течение 15 мин. При температуре испытания 350 С КЛР составил 16,82 х 10 град" по сравнению со значением без обработки 13,47x106 град"1. Однако, после закалки с выдержкой в течение 45 мин коэффициент резко уменьшился с 12,48 х 10"6 град"1 до значений 0,07 х 10" град"1 (tHU) = 400 С). Снижение коэффициента обнаружено и после закалки с выдержкой от 15 до 45 мин при температуре испытания 450 С до a = (1,3 3,14) х 10 6 град" , причем после закалки с выдержкой в течение 30 мин установлено развитие процессов сжатия чугуна (а = -2,13 х 10"6 град 1) (таблица 4.4, рисунок 4.12), Изучено влияние времени выдержки под закалку с 1000 С в воду (1 -60 мин) на микроструктуру (графитную составляющую), линейное расширение и механические свойства серого чугуна.
Металлографический анализ показал, что в процессе термической обработки происходило формоизменение графита: пластины утолщались, их протяженность уменьшалась, а в отдельных участках наблюдалось их деление на части (рисунок 4.13). На рисунке 4.14 и в таблице 4.5 приведены данные о кинетике -коэффициента линейного расширения серого чугуна в зависимости от времени выдержки при 1000 С, Установлено, закалка привела к образованию двух аномалий КЛР в виде резкого уменьшения коэффициента в интервале температур испытания 100 - 200 С и 400 - 450 С. Независимо от времени выдержки под закалку при температуре испытания 150 С КЛР уменьшался с 10,72 х 106 град"1 до значений (3,47-4,53) х 106 град 1. Причем после закалки с временем выдержки в 15 мин уменьшение КЛР достигло 1,74 х 106 град 1 (tlKM = 150 С). После закалки с временем выдержки в 5 и 60 мин минимальные значения коэффициентов достигали значений (-2,07)х10"6 град" и 1,28 х10"( град 1 соответственно по сравнению со значением без обработки 13,37х10"6 град (tHur = 400 С). Закалка с выдержкой 15-45 мин смещала аномалии КЛР вправо по оси температур. Значения коэффициента при этом составили (0,06-4,95) х 10"6 град 1 в сравнении с исходным 12,48 х 106 град"1 (минимумы коэффициента наблюдались при температуре испытания 450 С).
Совместное влияние термоциклической обработки и окончательной закалки
Результаты, полученные после применения предварительной термоциклической обработки с охлаждением в воде и закалки, характеризовались значительным снижением коэффициента линейного расширения температурных интервалах испытаний 100 - 200С и 400 - 450С (рисунок 4,20, таблица 4.14). После всех видов ТЦО с окончательной закалкой в интервале испытания 100 - 200С коэффициент уменьшался до значений (2,66 - 5,15) х 10"6 град 1 по сравнению со значением в исходном состоянии 10,72 х 10"6 град"1. Максимально КЛР снижался в низкотемпературном интервале испытаний после 20 циклов ТЦО при 200 -250 С и закалки до а і зо = 2,66 х 10" град" . При температурах испытания 400-450С после всех видов обработок коэффициент достигал значений (0,06 -3,78)х10 6 град"1. Минимум коэффициента наблюдался при температуре -испытания 450С после 20 циклов ТЦО при 200 - 250С и закалки (сцы- 0,06 хЮ град"1). Как видно из рисунка 4.21, аномальный характер зависимости коэффициента линейного расширения проявляется и в случае предварительной ТЦО с охлаждением в кипящей воде и окончательной закалки. С увеличением температуры термоциклирования до 200С наблюдается уменьшение КЛР при tHtn 150С с 10,72x10" град" в исходном состоянии до 4,85х10 6град" после 20 циклов ТЦО при 80-100С и закалки, 4,19х10"6град" - после 20 циклов ТЦО при 150С и закалки; 3,84x10"6град" - после 20 циклов ТЦО при 200С и закалки. При температуре испытания ,450С коэффициент значительно уменьшался после всех видов обработки до (0,06 - 4,19) хЮ 6 град"1. После 20 циклов ТЦО при 900С и закалки КЛР снизился с 12,48 хЮ 6 до7,12х10"6град- Самые низкие значения КЛР в интервале испытания 100 - 200 С наблюдались после ТЦО при 200 С и закалки (ai5o= 3,84 х 10"6 град"1, а4зо = 2,39x10"6 град"1). В случае ТЦО с нагревом при 250 С и окончательной закалки коэффициент снижался с а= 12,48 х 10ь град"1 до 0(450= 0,06 х 10 й град"1 (рисунок 4.21, таблица 4.15). Сходный аномальный характер зависимостей КЛР от температуры испытания наблюдался и после предварительной термоциклической обработки с охлаждением на воздухе и окончательной закалки. После 20 циклов ТЦО с нагревом в интервале 80-100 и закалки КЛР снижался с аИ(Л = 10,72 х 10"6до ат = 4,19 х 10"6 град"1 и ат =0,71 х 10 г град"1. Вообще, после всех видов обработок при температуре испытания 150 С коэффициент резко снижался и достигал значений (3,47-5,99) х Ю 6 град 1, а при температуре испытания 450 С - (0,71 - 3,34) х10 6град-1.
Причем, после 20 циклов ТЦО при 900 С и закалки КЛР снизился с 12,48х106град также, как и в предыдущем случае только до 7,12 х Ю"6 град"1 (рисунок 4.22, таблица 4.16). При определении КЛР после предварительной термоциклической обработки с охлаждением с печью и окончательной закалки было выявлено его аномальное снижение в двух температурных интервалах испытаниях 100 - 200С и 400 - 450С (рисунок 4.23, таблица 4.17). Максимальное снижение КЛР в низкотемпературном интервале испытаний наблюдалось после 20-ти циклов ТЦО с нагревом в интервале 200-300 С и закалки и достигало а о = 3,47 х Ю 6 град"1 по сравнению со значением без обработки а =10,72 х 10"6 град"1. При температуре испытания 400 С коэффициент уменьшался с а = 13,37 х10"6град" до значений ат= -1,27 х 10"6 град-1 после 20-ти циклов ТЦО с нагревом при 150 С и закалки. Такое же значение фиксировалось и после 20 циклов обработки в интервале 200-300С и последующей закалки. Предварительная ТЦО с нагревом при 80-100С, 200 - 300 С и 400-450 С с закалкой также приводила к значительному снижению коэффициента линейного расширения с образованием аномалий на температурных зависимостях КЛР. Коэффициент линейного расширения при этом снижался ,ТЦО с нагревом в интервале 700 - 750 С в комбинации с закалкой способствовала еще более резкому падению КЛР до значений: оиоо=2,84 х 10" 6град"1, а45»= 1,86 х 10 6град . ТЦО при 900 С с закалкой также приводили к образованию аномалий и снижали КЛР до значений Х5о = 5,99 х ]0"6град (рисунок 4.23, таблица 4.17). Было изучено влияние термоциклической обработки в интервале 500-600 С и последующей двукратной закалки (900С, 1 ч, вода + 900С, 15 мин, вода) на линейное расширение серого чугуна. Установлено, что такая обработка приводила к значительному снижению КЛР во всем температурном интервале испытаний, кроме температур 300 и 350 С. Коэффициент достигал значений а]5[1 = 5,15х10 6град"\ 0450= 5,15х10 6град"1 после 20 циклов ТЦО (1 цикл: 500С, 1 ч, печь) + 900С, 1 ч, вода + 900С, мин, вода (рисунок 4.24, таблица 4,18). Копии дилатограмм приведены в приложении. Таким образом, установлено значительное воздействие совместной термоциклической обработки и закалки на коэффициент линейного расширения серого чугуна. Выявлено аномальное снижение коэффициента линейного расширения в двух температурных интервалах испытаний 100-200С и 400-450С. Наиболее сильное влияние оказывает предварительное термоциклирование с охлаждением с печью и закалка, КЛР при этом достигает отрицательных значений порядка а4оо = -1,27 х 10"6град-1. В настоящем разделе приведены результаты воздействия нагрева при 700С на микроструктуру и линейное расширение серого чугуна. Термическая обработка заключалась в нагреве до 700С, выдержке в течение 15 мин -5 ч, охлаждении в воде. С помощью количественного структурно - фазового анализатора «Epiquant» установлено, что с увеличением времени выдержки происходит уменьшение количества графита (рисунок 4.25, таблица 4Л 9). Видно, что после 15-30 мин обработки объемная доля графита уменьшилась практически вдвое с 19,3 % до 9,7 - 9,1 %. Также уменьшалась длина и толщина пластин графита. Причем после 45-60 мин выдержки наблюдалось максимальное уменьшение количества графита до 4-4,3%, при этом толщина пластин изменилась с 5,6 мкм до 1,5 - 3,8 мкм, длина - с 31 мкм до 12-21 мкм -(рисунок 4.25, таблица 4.19). Данные металлографического анализа представлены на рисунке 4.26. Видно, что нагрев при 700С привел к «очищению» микроструктуры от включений графита, которые измельчались, приобретали более компактную форму и более равномерно распределялись по сечению образцов.
