Файл: Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь.pdf

циклической термообработки, предел прочности при ком­ натной и высоких температурах, относительное удлине­ ние, ударная вязкость в литом состоянии и после цикли­ ческой термообработки, термостойкость с нагревом в печи и электрическим током, жаростойкость и коэффици­ ент линейного расширения в интервале температур 20—

никеля с алюминием и появления ферритной составляю­ щей в структуре. Свойства остальных сплавов исследова­ лись только при комнатной температуре.

Испытания на растяжение при комнатной температу­ ре проводились на образцах диаметром 6 мм и рабочей длиной 30 мм при скорости растяжения 20 мм/мин. Крат­ ковременные испытания при высоких температурах про­ водились на образцах диаметром 5 мм и рабочей длиной 25 мм при скорости растяжения 4 мм/мин, длительные — на стандартных образцах диаметром 10 мм.

Ударные испытания проводились на образцах сече­ нием 10X10 мм с надрезом. Жаростойкость определя­ лась на образцах диаметром 10 мм и высотой 20 мм по увеличению массы после их выдержки при постоянной температуре в печи с воздушной атмосферой в течение 100 ч. Для испытания на жаростойкость были приняты температуры 900 и 1100 °С. Отдельные отобранные сплавы испытывались также при 800—1000 °С в течение более длительного времени.

23-

1. Испытания на термостойкость

Работа жаростойких и жаропрочных сплавов прохо­ дит в условиях высоких температур с периодическим охлаждением. В большинстве случаев нагревы и охлаж­ дения производятся многократно и с большой скоростью. В этих условиях свойства жаростойкого материала оце­ ниваются по его способности сопротивляться действию теплосмен, т. е. по термостойкости как одной из главных характеристик. Особенно это относится к поддонам и другим деталям термических печей — закалочных, нормализационных и пр. Теплосмены вызывают в них тер­ мические напряжения и напряжения, обусловленные структурными превращениями. Эти напряжения могут превышать предел текучести материала при высоких температурах, что приводит к пластической деформации, а следовательно, к изменению размеров деталей и их ко­ роблению. При низких температурах во время быстрого и неравномерного по сечению охлаждения возникают на­ пряжения, превышающие предел прочности и приводя­ щие к образованию микротрещин, охрупчиванию и раз­ рушению деталей.

В связи с этим велика роль изучения поведения металлов и сплавов при циклической термообработке (ЦТО). Чрезвычайно важное значение этот вопрос при­ обрел и в связи с развитием атомной энергетики. Ему по­

затруднено из-за отсутствия надежной методики и обо­ рудования для испытания. При выполнении работы раз­ работана и применена оригинальная методика и новая аппаратура для испытания на термостойкость и опреде­

держка для выравнивания температуры по сечению об­ разца и охлаждение в воде также с выдержкой, что соответствует наиболее жестким условиям работы. При таком режиме эксплуатируются, например, поддоны за­

24

калочных печей, стойкость которых из всех деталей тер­ мических печей наиболее низкая. Спроектированы и из­ готовлены две установки. Одна из них предназначена для испытания сплавов на термостойкость без значитель­ ных внутренних напряжений и вторая — под напряже­ ниями, возникающими при нагреве и охлаждении жест­ ко закрепленного образца.

Кинематическая схема первой установки представ­ лена па рис, 6. Она работает в полуавтоматическом режи-

ме с помощью электродвигателя, управляемого реле вре­ мени КЭП-121. Образцы поднимаются для нагрева в печь и через определенное время опускаются в ванну с водой для охлаждения. В момент нагрева образцов ми­ кропереключатели разомкнуты; в момент начала движе­ ния их в ванну нижний микропереключатель замкнут.

Режим работы установки можно изменять в широких пределах по времени и температуре. Температура в печи регулируется потенциометром ЭПД-12. Образцы уста­ навливаются на подвеску из жаростойкой стали, изго­ товленную в виде цилиндра с бортиком, на который они опираются. Контроль за ними ведется визуально. При образовании первой трещины и после определенного числа циклов они снимаются и замеряется удлинение. Торцы образцов перед установкой на испытание шлифу­ ются.

25

Настоящая установка имеет значительные преиму­ щества перед применяемыми установками для испыта­ ния сплавов на термостойкость. Принципиальная ее схема несколько схожа со схемой установки М. Я. Львов­ ского и И. А. Смияна для испытания торцов листовых'' образцов на термостойкость [42]. Но в описанной выше установке применен электромотор с концевыми выклю­ чателями. Это обеспечивает перемещение образцов по вертикали на требуемое расстояние, что дает возмож­ ность испытывать не только торцы, а полностью образ­ цы любой длины. Вторым важным преимуществом явля­

сплавов и, наконец, то, что образцы нагреваются в силптовой печи. Это обеспечивает равномерный по длине и сечению их нагрев до температуры порядка 1350 °С при небольшом расходе электроэнергии [43].

В данной работе испытывались литые с необработан­ ной поверхностью образцы длиной 120 мм и квадратным сечением со стороной 12 мм по режиму: нагрев до 900 °С, выдержка при этой температуре 20 мин, охлаждение в проточной воде в течение 3 мин. Длина образцов изме­ рялась до испытания, после 100 и 200 циклов ЦТО и пос­ ле образования трещины с точностью до 0,05 мм.

Для исследования термостойкости сплавов в напря­ женном состоянии за счет возникающих внутренних на­ пряжений при нагреве и охлаждении был применен метод, при котором образец с жестко закрепленными концами нагревался электрическим током. По данным И. К. Складкова [44], метод нагрева электрическим то­ ком является наиболее точным для определения коли­ чества теплосмен, выдерживаемых сплавами. Сочетание этого метода с описанным выше дает вполне надежную

циента линейного расширения материала (а): а =

— Еа кгс/мм2. А так как Е и особенно а для сталей аусте­ нитного класса имеют высокое значение, при нагреве их возникают большие сжимающие, а при охлаждении рас­

26

тягивающие напряжения. Для испытания образцов на термостойкость по этой методике использованы опытно­ промышленные установки, которые состоят из головки, смонтированной на столе, электрошкафа и пульта управ­

менте закрепляются образцы 0 5—6 мм, а во втором — 0 7—8 мм. Детали крепления образцов имеют каналы для охлаждения проточной водой. Над средней частью образца установлена термопара для контроля темпера­ туры нагрева образца. Имеется механизм отвода термо­ пары и подвода трубки охлаждения с приводом от элек­ тромагнита, а возврат в исходное положение после от­ ключения электромагнита производится пружинами растяжения.

Стол представляет собой подставку с воронкой для сбора охлаждающей воды на слив. На столе установле­ но реле давления для контроля наличия воды в системе. При отсутствии воды установка не включается (блоки­ ровка) .

Электрошкаф и пульт управления выполнены совме­ щенными. Измерительные приборы и элементы управле­ ния расположены в верхней части задней стенки элек­ трошкафа, обращенной в сторону приспособления. Водный автомат и ручки управления регулятором на­ пряжения расположены на боковой стенке электро­ шкафа.

Термостойкость образцов определяется исходя из того, что при повторяющихся нагреве — охлаждении по­ являются трещины, увеличивающие их сопротивление и вызывающие уменьшение тока нагрева. По величине из­ менения тока за определенное число циклов нагрев— охлаждение и определяется термостойкость образца.

Установка имеет наладочный и автоматический ре­ жим работы. Наладочный режим позволяет включать нагрев и охлаждение образца (по усмотрению операто­ ра) для установки величины тока нагрева и времени охлаждения испытываемого образца. При автоматиче­ ском режиме работы образец нагревается до заданной температуры и охлаждается на протяжении установлен-

27