Воздействие термической и химико-термической обработки на линейное расширение высокочистого железа

• Автор: Долгова, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 251 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗЕ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Получение железа.

1.1.1 Получение железа технической чистоты.

1.1.2 Получение железа высокой чистоты.

1.1.3 Условия эффективной очистки

1.2 Свойства железа

1.2.1 Физические.

1.2.2 Механические.

1.2.3 Химические.

1.3 Водород в железе.
1.4 Азот в железе
1.5 Кислород в железе
1.6 Тепловое расширение сплавов на основе железа.
1.6.1 Общие положения о тепловом расширении
1.6.2 Тепловое расширение углеродистой стали.
1.6.3 Тепловое расширение легированной стали.
1.6.4 Тепловое расширение чугуна.
1.6.5 Инвары.
1.7 Области применения чистого железа
Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Материал исследования
2.2 Проведение металлографического анализа.
2.3 Определение механических свойств.
2.4 Определение коэффициента линейного расширения
2.5 Измерение плотности
2.6 Определение содержания водорода, азота и кислорода.
2.6.1 Метод горячей вакуумной экстракции.
2.6.2 Метод вакуумплавления.
2.7 Термическая обработка.
2.8 Статистическая обработка результатов
2.8.1 Расчет доверительного интервала
2.8.2 Отбраковка резко выделяющихся результатов
Глава 3 ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА В ИНТЕРВАЛЕ 0 С НА СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА 8ЖР
3.1 Влияние нагрева на микроструктуру.
3.2 Влияние нагрева на механические свойства
3.3 Влияние нагрева на содержание водорода, азота и кислорода
3.4 Влияние нагрева на линейное расширение
3.5 Выводы по главе 3.
Глава 4 ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ
НА СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА 8ЖР.
4.1 Влияние нагрева в кипящей Н.
4.2 Влияние нагрева в БЮ2.
4.3 Выводы по главе 4.
Глава 5 ВЛИЯНИЕ ХИМИКОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЛИНЕЙНОЕ РАСШИРЕ1ШЕ ЖЕЛЕЗА 8ЖР.
5.1 Влияние нагрева в бондюжском карбюризаторе
5.2 Влияние нагрева в высокоазотистой среде мочевине
5.3 Влияние закалки.
5.4 Совместное влияние нагрева в карбюризаторе и закалки
5.5 Совместное влияние нагрева в мочевине и закалки.
5.6 Совместное влияние нагрева в карбюризаторе, в мочевине и закалки
5.7 Влияние низкотемпературного нагрева.
5.8 Влияние циклической химикотермической обработки
5.8.1 Влияние нагрева в карбюризаторе и циклической закалки.
5.8.2 Влияние циклической химикотермической обработки
5.9 Перспективы применения результатов работы
5.9.1 Сравнение линейного расширения инваров и железа 8ЖР
5.9.2 Сравнение линейного расширения углеродистой и легированной стали и линейного расширения железа 8ЖР.
5.9.3 Сравнение линейного расширения специальных чугунов и линейного расширения железа 8ЖР
5. Выводы по главе 5
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Был предложен метод рафинирования железа в водороде, позволяющий получать очень чистое по примесям S, С, N, О железо. Образцы железа обрабатываются в замкнутом циркуляционном контуре; кроме печи с образцами железа, в этом контуре находится печь, в которую помещен гидрид циркония. При нагревании гидрид циркония практически полностью разлагается, и система заполняется чистым водородом. Таким образом, при помощи водорода осуществляется перенос углерода, азота, серы и кислорода от железа к цирконию. После отжига при 0 °С в течение 0 ч содержание углерода в железе понизилось с 5* 3 до <5* 1. Концентрация азота в чистых образцах не превышала 4-_5% (величина 4*-5 % является пределом чувствительности использованного метода измерения). При отжиге в водороде одновременно с очисткой происходит и совершенствование кристаллической структуры. Отжиг в высоком вакууме. При дегазации электролитического железа в вакууме объем выделяющихся газов растет с повышением температуры. В первую очередь происходит десорбция водорода. Удаление адсорбированного водорода начинается с комнатной температуры и ускоряется с повышением температуры, достигая максимума при 0 - 0 °С. С дальнейшим повышением температуры наблюдается заметное падение скорости выделения адсорбированного водорода (достигается равновесная концентрация при данном давлении водорода в вакуумной системе). Водород ускоряет процесс, а кислород и углерод тормозят его. Кислород прочнее водорода и азота связан с поверхностью железа. При давлениях, больших мм рт. При нагревании железа до 0 °С адсорбированный кислород переходит в окисел. Упругость же диссоциации РеО очень мала и при °С составляет лишь 5* ~ мм рт. Это значит, что для предотвращения окисления железа при термической обработке в вакууме необходим достаточно глубокий вакуум (давление мм рт. Интенсивное выделение из железа растворенного водорода начинается при 0 - 0 °С. Как показали экспериментальные исследования, скорость удаления водорода из железа определяется скоростью реакции на поверхности, а не скоростью диффузии водорода из объема к поверхности. Ниже 0 °С проявляется тенденция к выделению водорода во всех дефектах решетки. Выделение водорода из технического железа, насыщенного им электролитически, происходит главным образом на включениях, микротрещинах и других дефектах. В железе высокой степени чистоты граница зерна не является преимущественным местом выделения водорода; выделение происходит только через риску, нанесенную на поверхность образца. Выделение азота в процессе отжига в высоком вакууме ( мм рт. С происходит весьма интенсивно вследствие разложения нитрида железа. Лимитирующей реакцией удаления азота является рекомбинация атомов азота на поверхности железа с образованием молекулы Ы2. Только в атмосфере водорода при давлении 0,8 ат и температуре 0 - 0 °С диффузия азота в металле становится лимитирующим звеном, определяющим скорость удаления азота. Скорость процесса зависит от величины и состояния поверхности. Выделение кислорода в этой области температур наблюдается только в виде СО в присутствии углерода. Этот процесс протекает с заметной скоростью при 0 °С и интенсивно при °С, при этой температуре % РеО может быть восстановлено углеродом. Кроме удаления гаюв, нагревание железа в вакууме приводит к испарению примесей, имеющих высокую упругость пара при температуре вакуумного отжига (, Си, А1, Сг, Мп, Ва, Бп, РЬ, Са, Ы, 8с, 2п, Ыа, С6, К, Сб, Шэ, Н^). Эффективность такой очистки зависит от концентрации примеси, ее взаимодействия с железом, температуры и давления. Восстановление хлоридов. Электроперенос. Наибольшего успеха при очистке железа путем электропереноса добились, осуществляя элсктроперенос через слой закиси железа. С помощью электропереноса в твердом состоянии через слой РеО железо может быть очищено от Р, Мп, V, Мо, ТС, 8, Сг, Аб, ва, ЫЪ, 8п, 8Ь (в порядке уменьшения эффективности). Сочетание различных методов очистки. В настоящее время не существует метода, который позволил бы достаточно полно очистить железо от всех сопутствующих ему примесей.