Температурная зависимость твердости и модуля упругости сплавов системы железо - никель » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Температурная зависимость твердости и модуля упругости сплавов системы железо - никель

19.05.2021

Железо и никель — основа сплавов, широко используемых для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах. Однако до сих пор многие свойства, в том числе температурная зависимость твердости, коррелирующаяся с прочностью, а также модуль упругости, свидетельствующий о значении упругих характеристик сплавов системы железо — никель при нагреве до высоких температур, еще сравнительно мало изучены.

Данные, которые могут быть получены при проведении такого рода изысканий, позволят наметить новые области использования сплавов указанной системы. В связи с этим автор и Е.А. Ассонова выполнили исследование температурной зависимости указанных выше свойств железоникелевых сплавов.

Материалами для исследования служили сплавы, выплавленные в высокочастотной печи из технически чистых железа и никеля; их химический состав приведен в табл. 36.

Слитки весом около 3 кг каждый подвергали ковке на прутки диаметром около 18 мм и из них изготовляли образцы для измерения твердости (см. рис. 5, б) и для определения модуля упругости. Все образцы отжигали в вакууме 10в-5 мм рт. ст. при 1100 °C в течение 3 час. с последующим охлаждением с печью.

После приготовления шлифов для снятия наклепа, возникающего в процессе механической обработки, шлифования и полирования, все образцы подвергали высокому отпуску в вакууме при 600 °С в течение 1,5 часа и охлаждении с печью. Эти же образцы использовали для микроструктурного анализа.

Горячую твердость сплавов измеряли при температурах 20, 200, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 °С; сплавы с 70, 75 и 85% Ni, кроме того, испытывали при 100, 150, 250, 300, 350, 450 и 550 °С; нагрузка на индентор составляла 1 кг, выдержка 1 мин.

Введение второго компонента в железо и в никель повышает твердость (рис. 297). Резкое увеличение твердости наблюдается при содержании в сплаве 10—30% Ni, причем пик твердости в этом районе уменьшается по мере повышения температуры, этот пик становится мало заметным уже при 600 °C, так как, по-видимому, в этом интервале завершается превращение, аналогичное распаду мартенсита в системе железо — углерод.

Начиная с 35% Ni, твердость сплавов вновь начинает возрастать, но менее значительно, чем при меньшем содержании никеля, а в сплавах с 75% Ni наблюдается пик твердости, очевидно, связанный с образованием химического соединения типа FeNi3.

Из графиков, приведенных на рис. 298, а и б, видно, что полулогарифмическая зависимость твердости выражается двумя прямыми, расположенными под углом одна к другой.

На рис. 299 показаны микрофотографии, иллюстрирующие характерные структуры ряда исследованных сплавов системы железо — никель. Микрофотографии сняты с образцов при комнатной температуре (после отжига в течение 3 час. при 1100 °C и охлаждения с печью).

На рис. 299, а приведена микрофотография поверхности образца сплава с 5% Ni. Следует обратить внимание на присутствие игл никелевого мартенсита, который, судя по диаграмме состояния системы железо — никель (приводимой М. Хансеном), может образоваться только в более богатых никелем сплавах. Возникновение игл никелевого мартенсита можно объяснить обогащением поверхностного слоя образца никелем за счет значительно более интенсивного испарения железа из сплава, что обусловлено существенно более низким давлением пара никеля, чем железа. При температуре отжига 1100 °C в соответствии с законом Рауля железо должно испаряться почти в 8 раз быстрее, чем никель. Это предположение подтверждается микрофотографией (рис. 299, б), снятой с того же образца после его шлифовки, полировки и химического травления в 3%-ном растворе HNO3 в спирте; на снимке выявлена ферритная структура.

При медленном охлаждении сплава с 20% Ni (рис. 299, в) образуется мелкое мартенситное строение (показанное при увеличении в 500 раз), выявленное травлением в смеси растворов 1%-ной азотной кислоты и 4%-ной пикриновой кислоты (1:1). Следует отметить, что этот сплав при комнатной температуре обладает наивысшей твердостью (см. рис. 297).

На рис. 299, г показана структура никелевого мартенсита в сплаве с 30% Ni после химического травления реактивом следующего состава: 1 г пикриновой кислоты, 5 мл соляной кислоты (уд. вес 1,19), 100 мл этилового спирта.

Переходная структура от никелевого мартенсита к аустениту сплава с 35% Ni дана на рис. 299, д, где хорошо видны участки аустенита, расположенные в поле мартенсита. Химическое травление производили реактивом: 3 ч. соляной кислоты (уд. вес 1,19), 1 ч. азотной кислоты (уд. вес 1,42) и 1 ч. двухлористого железа.

Сплавы с 50 и 75% Ni (рис. 299, е и 299, ж) имеют полностью аустенитную структуру.
Температурная зависимость твердости и модуля упругости сплавов системы железо - никель

На рис. 300 приведен график изотерм модуля нормальной упругости для системы железо — никель. Испытания проведены на установке ИМАШ-6. При всех температурах для сплавов с 20—30% Ni наблюдается «провал» модуля упругости, который с увеличением температуры становится менее заметным и при 800—900 °C полностью исчезает; при этом остается только незначительный перегиб на изотермах для сплавов с содержанием 30—35% Ni.

Второй минимум модуля упругости при комнатной температуре наблюдается у сплава с 45% Ni. Этот минимум с повышением температуры смещается в сторону высоконикелевых сплавов, и величина его уменьшается. На изотерме 600 °C этот минимум уже полностью исчезает. В районе 85% Ni кривые модуля упругости имеют максимум, величина которого с повышением температуры уменьшается.

Заслуживает внимания корреляция хода изотермических кривых твердости (см. рис. 297) и модуля упругости (рис. 300) сплавов системы железо — никель с высоким содержанием никеля. Некоторое несоответствие в ходе кривых состав — твердость и состав — модуль нормальной упругости для системы железо — никель обнаружено нами в сплавах, богатых железом. Это можно объяснить фазовыми превращениями в данных сплавах в интервале исследованных температур.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: