Высокопрочные сплавы: учебное пособие

Сост. М.К. Сардин. М.М. Сагалакова.

Красноярск, 2007 г.

6. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИТЫХ СТАЛЕЙ

Наиболее важными физическими свойствамисталей являются плотность, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, теплоемкость и электропроводность (электросопротивление). Значения физических свойств некоторых сталей приведены в Приложении 7.

Плотность. Величина плотности литейных сталей составляет от 7,70 до 8,20 г/см

 Чем больше в составстали входит элементов легче железа, тем меньше ее плотность и наоборот. При повышении содержания углеродаплотностьстали снижается (рис. 4, а).

Между содержанием легирующих элементов и плотностью в реальных условиях нет линейной зависимости, поскольку элементы неравномерно распределяются между фазами стали, имеющими различную плотность. Из трех твердых растворов аустенита, феррита и мартенсита наибольшую плотность имеет аустенит, а наименьшую — мартенсит. плотность феррито-карбидных смесей имеет промежуточные значения между плотностьюмартенсита и аустенита.

Необходимо отметить, что величина плотности для однофазных сталей может быть ориентировочно подсчитана методом аддитивности. В процессе затвердевания отливок формируются различные дефекты, нарушающие их сплошность (газовые и усадочные раковины, ситовидная и усадочная пористость, неметаллические включения, ликвация), что также снижает плотность литого металла и, несомненно, сказывается на всех свойствах отливки. плотностьметалла изменяется по толщине отливки. Чем она толще, тем больше различие в значениях плотности наружных и центральных частей отливки, что влияет на уровень механических свойств по сечениюотливки (табл. 8 и рис. 5). Из этой таблицы видно, что внешние, более плотные области отливок из различных сталей обладают более высокими пластическими характеристиками (δ и ψ) и ударной вязкостью. Следовательно, одной из главных задач литейщиков является получение равнопрочного металла в различных сечениях отливки.

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР).

При расширении сталей при нагреве уменьшается их плотность. Показателем такого расширения служит ТКЛР, значения которого приведены в Приложении 7, а изменение его величины в зависимости от температуры - в Приложении 8. коэффициент линейного расширения α зависит от химического состава и структуры. Для сталей одного структурного класса его значения близки, например, для конструкционных сталей перлитного класса. Незначительно различаются по величине α высокохромистые ферритные стали. коэффициент линейного расширения аустенитныхсталей примерно в 1,5 раза больше, чем у сталей перлитного и ферритного классов. Наиболее высокий коэффициент линейного расширения имеют хромоникелевые стали, но с увеличением содержания никеля его значения уменьшаются. Знание величины α и его изменения с температурой чрезвычайно важно, например, при проектировании литейной оснастки, в частности, кокилей, пресс-форм для литья под давлением, стержневых ящиков для изготовления стержней по нагреваемой оснастке и т. д. Рис.4 Влияние углерода на физические СВОЙСТВА стали

Теплопроводность (λ) — это структурно-чувствительное свойство стали, характеризующее ее способность передавать тепло от одной точки к другой при наличии градиента температур. Она зависит от структуры и химического состава сталей. С увеличением содержания углеродатеплопроводность углеродистых сталей снижается (рис. 4, б). теплопроводность легированных сталей значительно, ниже теплопроводности углеродистых сталей (см. Приложение 7). Наиболее низкой теплопроводностью обладают стали аустенитного класса. С повышением температурытеплопроводностьстали снижается, причем это снижение у углеродистых сталей и низколегированных сталей перлитного класса происходит более интенсивно, чем у легированных сталей других классов. теплопроводностьаустенитныхсталей с повышением температуры возрастает (см. Приложение 9). Наличие внутренних дефектов в теле отливки (пористость, неметаллические включения) или фаз с более низкой теплопроводностью (карбиды) уменьшает теплопроводность сталей. теплопроводность существенным образом влияет на характер кристаллизациистали в отливках. Низкотеплопроводные стали в большой степени склонны к дендритной кристаллизации. Кроме того, в отливках из таких сталей формируются значительные термические напряжения. теплоемкость - свойство сталей, характеризующее способность поглощать тепло при нагреве. теплоемкость углеродистых и низколегированных конструкционных сталей практически одинакова. С увеличением степени легированности теплоемкость возрастает, достигая наибольших значений в сталях аустенитного класса, например 110Г13Л.