ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИТЫХ СТАЛЕЙ

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 34Следующая ⇒

Наиболее важными физическими свойствами сталей являются плотность, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, теплоемкость и электропроводность (электросопротивление). Значения физических свойств некоторых сталей приведены в Приложении 10.

Плотность. Величина плотности литейных сталей составляет от 7, 70 до 8, 20 г/см³. Чем больше в состав стали входит элементов легче железа, тем меньше ее плотность и наоборот. При повышении содержания углерода плотность стали снижается (рис. 1.17, 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 плотностью мартенсита 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. Плотность металла 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 сечению отливки (табл. 1.14 ирис. 1.18).

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР). При расширении сталей при нагреве уменьшается их плотность. Показателем такого расширения служит ТКЛР, значения которого приведены в Приложении 10, а изменение его величины в зависимости от температуры — в Приложении 11. 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 аустенитных сталей примерно в 1, 5 раза больше, чем у сталей перлитного ферритного классов. Наиболее высокий коэффициент линейного расширения имеют хромоникелевые стали, но с увеличением содержания никеля его значения уменьшаются. Знание величины α и его изменения 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.

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 углерода теплопроводность углеродистых сталей снижается (рис. 1.17, б). Теплопроводность легированных сталей значительно ниже теплопроводности углеродистых сталей (см. Приложение 10). Наиболее низкой теплопроводностью обладают стали аустенитного класса.

С повышением температуры теплопроводность стали снижается, причем это снижение у углеродистых сталей и низколегированных сталей перлитного класса происходит более интенсивно, чем у легированных сталей других классов. Теплопроводность аустенитных сталей с повышением температуры возрастает (см. Приложение 12). 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 кристаллизации стали 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 (см. Приложение 10).

При нагреве теплоемкость сталей возрастает, причем у сталей перлитного класса она возрастает значительно интенсивней (приблизительно на 60 %), чем у аустенитных сталей (на 15—20 %) (Приложение 13). Теплота плавления, теплосодержание (энтальпия) углеродистых сталей и изменение теплосодержания с температурой приведены в Приложении 14. Теплота плавления углеродистых сталей не изменяется, а теплосодержание несколько возрастает с увеличением концентрации углерода. С повышением температуры теплосодержание всех сталей интенсивно растет. Эти величины обычно используют для определения количества энергии, необходимой для приготовления расплавов сталей.

Удельное электросопротивление (ρ ) является структурно-чувствительной характеристикой сталей. С уменьшением плотности сталей, наличием дефектов в их структуре, увеличением искажения кристаллической решетки структурных составляющих электросопротивление возрастает. С увеличением степени легированности стали электросопротивление также возрастает (см Приложение 10) Так сталь 35Л имеет электросопротивление 172 нОм*м, сталь З5ХМЛ — 242 нОм*м, а сталь З5ХГСЛ — 311нОм*м. То есть при низком легировании удельное электросопротивление увеличивается в 2—3 раза. Еще более высокое значение удельного электросопротивления у высоколегированных сталей. Наибольшей величиной ρ характеризуются стали аустенитного класса. С повышением температуры удельное электросопротивление углеродистых и низколегированных сталей возрастает в несколько раз, а у высоколегированных — на 60—80% (Приложение 15). При температуре выше 900^оС величина электросопротивления становится практически одинаковой у всех сталей Значение величин электросопротивления помогает литейщикам правильно выбрать режим плавления сталей. Так, при индукционной плавке коэффициент использования тепла в начальный период плавки аустенитных сталей будет выше, следовательно, расход электроэнергии на выплавку одного и того же количества металла в случае легированных сталей будет меньше по сравнению с нелегированными.

В Приложениях 16, 17 приведены значения модуля нормальной упругости и модуля упругости при сдвиге кручением, которые могут быть полезными при проектировании литейной оснастки.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒