ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние химического состава и структуры на коэффициент термического расширения и рост чугуна из "Металл для эмалирования Издание 2 " В процессе эмалирования чугунные изделия подвергаются многократному быстрому нагреву и охлаждению на воздухе. Вследствие этого чугун изменяет структуру, что оказывает влияние на его тепловые свойства — увеличение коэффициента термического расширения (к. т. р.) и рост. Рост чугуна обусловлен протеканием необратимых процессов с увеличением объема. К ним относятся графитизация внутреннее окисление вдоль пластин графита разрыхление структуры, вызванное различием к. т. р. фаз и структурных составляющих чугуна взаимодействие чугуна с газами — поглощение и выделение газов. [c.144] Качественное эмалевое покрытие на чугуне можно получить при правильно выбранном соотношении к. т. р. чугуна и эмали а также при минимальном росте. [c.144] Расширение эмали в основном зависит от состава, к. т. р. может быть рассчитан по аддитивным значениям, известным для входящих в нее компонентов. Обычно при этом используются константы А. Винкельмана и Шотта (до 100° С) и А. Аппена (до 400° С) [I—4]. [c.144] Коэффициент расширения чугуна имеет сложную зависимость от состава и трудно поддается расчету, так как зависит от микро-и макроструктуры, которые в свою очередь определяются рядом факторов, описанных выше. [c.144] Таким образом, суммарное расширение чугуна при нагревании определяется следующими основными факторами величиной термического расширения степенью графитизации окислением газонасыщением и газо-выделением (газообменом). Элементы, входящие в состав чугуна, по-разному воздействуют на эти процессы. [c.145] Коэффициент расширения различных структурных составляющих чугуна неодинаков. Так, по литературным данным [11], в интервале О—100° С коэффициент объемного расширения феррита составляет 345— 375. 10- , перлита 305—348 Л0 аустенита 540—600 10 , цементита 180—200 10- графита 220-240 Ю . [c.145] Поэтому серые чугуны с перлитной структурой имеют более низкий коэффициент расширения, чем ферритные. Однако перлитная структура неустойчива, особенно в условиях многократного нагрева до высоких температур и охлаждения. [c.145] На практике принято подбирать эмали к чугуну по данным термических коэффициентов расширения этих материалов, полученных при медленном нагреве каждого из них до 500° С, хотя в действительности формирование эмалевого покрытия на поверхности чугуна происходит при быстром охлаждении. Поэтому часто значения, полученные по указанной методике, не отвечают фактическому состоянию системы металл—эмаль, в ней возникают большие внутренние напряжения, из-за несоответствия коэффициентов сжатия чугуна и эмали появляется брак. [c.145] В процессе быстрого охлаждения в эмали появляются большие внутренние напряжения, так как эмаль при охлаждении уменьшается в объеме (происходит усадка), а чугун увеличивается вследствие его роста. Чем больше разница в размерах чугуна и эмали при охлаждении, тем больше возникающие напряжения. Следовательно, важнейшей характеристикой эмалировочных свойств этих материалов является величина и знак остаточного удлинения. [c.145] Исследование коэффициента термического расширения чугуна при различном содержании кремния по обычно принятой методике показало, что в интервале температур 20—500° С кремний практически не влияет на эту характеристику чугуна при изменении его в пределах от 2,0 до 3,0%. Вместе с тем склонность к росту при циклических испытаниях, особенно в условиях быстрого нагрева до 900° С и охлаждения на воздухе, с увеличением содержания кремния в чугуне возрастает, так как величина остаточного расширения при всех циклах испытания чугуна повышается. В связи с тем что в процессе эмалирования чугунные изделия подвергаются многократному (5—6) быстрому нагреву и охлаждению, для характеристики эмалировочных свойств чугуна важны не только термические коэффициенты расширения и сжатия, но и склонность его к росту. [c.146] Влияние элементов на термические характеристики чугуна осложняется процессами графитизации и окисления. В связи с этим часто встречаются противоречивые заключения вследствие того, что элементы, находящиеся в твердом растворе Ре или Ре , по-разному влияют на расширение этих фаз и на процессы графитизации. Так, марганец и алюминий увеличивают коэффициент расширения феррита, а кремний, никель, хром и особенно углерод в связанном состоянии уменьшают эту величину. Но при нагревании чугуна их действие изменяется, так как эти элементы по-иному влияют на процессы графитизации чугуна, неизбежно при этом протекающие. Кремний способствует графитизации, поэтому он увеличивает суммарное расширение чугуна, особенно при нагреве 600° С, несмотря на то, что коэ ициент расширения феррита под влиянием кремния уменьшается. Марганец затрудняет процесс графитизаци, упрочняет структуру перлита, поэтому он способствует снижению суммарного расширения, хотя коэффициент расширения феррита под влиянием марганца увеличивается. [c.146] Особенно сильно снижается коэффициент термического расширения, если углерод находится в связанном состоянии, так как к. т. р. цементита меньше графита. Но цементит — неустойчивая фаза и при нагреве с увеличением объема распадается. Углерод в связанном состоянии является источником процесса графитизации, поэтому общее расширение чугуна зависит от количества чем оно выше, тем больше расширение чугуна. [c.146] Такие элементы, как А1, Сг, V и N1 в эмалировочном чугуне находятся в ничтожно малых количествах и поэтому их влияние на расширение чугуна почти незаметно. [c.146] Сера в эмалировочном чугуне обычно находится в пределах 0,10— 0,15% и залегает в виде разрозненных включений сульфидов марганца при 0,5—0,7%Мп. В таком виде сера не оказывает существенного воздействия на расширение чугуна. В отсутствие марганца сера является отбеливающей примесью и может снижать коэффициент расширения чугуна, а в условиях графитизации — сильно повышает его. [c.147] Как видно, коэффициент расширения чугуна находится в сложной зависимости от различных факторов. Тем не менее, на основании обобщения экспериментальных данных по влиянию элементов на изменение к. т. р. были определены константы для каждого элемента, учитывающие влияние их иа расширение чугуна. С помощью этих констант, называемых факторами расширения, рассчитывают объемный к. т. р. чугуна аналогично тому, как это делают для эмали, используя правило аддитивности. [c.147] Эта формула дает приближенное значение к. т. р. чугуна, прошедшего полный цикл обжига при эмалировании. [c.147] Для чугуна с перлитной структурой значение к. т. р., рассчитанного по формуле (45), больше измеренного значения на 15—20%. Однако после полного отжига чугуна, когда перлит исчезает из-за графитизации и матрица приобретает структуру феррита его к. т. р. возрастает приблизительно на эту же величину. Следовательно, формула (45) может быть использована для оценки к. т. р. чугуна и подбора к нему эмали. Возможны отклонения, особенно для чугунов с очень грубым графитом, склонного к значительному росту. [c.147] Все факторы, входящие в эту формулу, зависят от состава, макро-и микроструктуры чугуна и могут быть рассчитаны или измерены. [c.147] Для технических серых чугунов теплопроводность колеблется в пределах 0,110—0,137 кал/(см -с град) и уменьшается с повышением температуры. Однако склонность к росту, как уже указывалось, зависит еще от окисляемости чугуна, его газонасыщенности (особенно водородом), что в формуле (46) не учтено. Поэтому имеются расхождения в оценке склонности чугуна к росту по данным расчета и эксперимента. [c.148] Рассмотрим влияние некоторых элементов, содержание которых часто колеблется в эмалировочном чугуне, на его к. т. р. и рост при экспериментальном измерении этих характеристик. [c.148] Вернуться к основной статье