СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА
PROCEDURE FOR THERMAL TREATMENT OF HIGH PURITY IRON

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к технологии термической обработки высокочистого железа, и может быть использовано для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР) железных изделий.
Известен способ термической обработки железа, заключающийся в длительном нагреве при 870-890°С, выдержке и последующем охлаждении с печью. Применение такой обработки высокочистого железа направлено на развитие процесса рекристаллизационного выравнивания монокристаллов [1]. Недостатком этого способа является то, что он увеличивает коэффициент линейного расширения.
Наиболее близким аналогом является известный способ химико-термической обработки чистого железа, включающий нагрев железа до температуры магнитного превращения, выдержку в среде бондюжского карбюризатора и охлаждение [2].
Недостатком этого способа является несущественное снижение коэффициента линейного расширения.
Задачей изобретения является снижение коэффициента линейного расширения высокочистого железа при температурах испытания 150 и 300°С, что необходимо для изделий различного назначения, например, для изделий, используемых в космической технике.
Для решения поставленной задачи разработан способ термической обработки высокочистого железа включающий многократный нагрев до температуры выше магнитного превращения, выдержку и охлаждение при этом нагрев проводят при температуре 900-1000°С, а каждый цикл включает в себя две стадии: нагрев, выдержка в среде бондюжского карбюризатора 0,5-1 ч и охлаждение на воздухе, нагрев, выдержка 5-15 мин и охлаждение в холодную воду, количество циклов до 5.
Многократная термическая обработка высокочистого железа в интервале температур 900-1000°С в бондюжском карбюризаторе и на воздухе с выдержками 0,5-1 ч и 5-15 мин при этих температурах и последующее охлаждение на воздухе и в холодную воду приводит к образованию пересыщенного раствора элементов внедрения в железе и распаду его, что обеспечивает значительное понижение коэффициента линейного расширения высокочистого железа при температурах 150 и 300°С.
При этом оптимальное число циклов составляет 5, поскольку дальнейшее увеличение числа циклов не приводит к усилению эффекта снижения КЛР при 150 и 300°С.
На чертеже представлены значения КЛР после термообработки, проводимой по известному и предлагаемому способам.
Пример. На оптическрм дифференциальном дилатометре Шевенара проводился анализ изменений коэффициента линейного расширения опытных образцов из высокочистого железа. Образцы из высокочистого железа марки 008ЖР производства ОАО «Сибэлектросталь» подвергались термической обработке, заключающейся в нагреве до 900-1000°С в бондюжском карбюризаторе с выдержкой 0,5-1 ч, на воздухе с выдержкой 5-15 мин, промежуточным и окончательным охлаждением на воздухе и в холодную воду.
Для получения сравнительных данных параллельно проводили обработку по известному способу. Результаты приведены в таблице и на чертеже.
Предлагаемый способ может быть использован для изготовления изделий приборной техники.
Влияние циклической обработки (1 цикл - цементация (влажный молотый древесный уголь, 1000°С, 1 ч, воздух) + закалка (1000°С, 3 мин, вода)) на линейное расширение железа 008ЖР
Количество циклов
Коэффициент линейного расширения α×10<sup>-6</sup>, град<sup>-1</sup>, температура испытания, °С
50
100
150
200
250
300
350
400
450
без обработки
9,77
10,76
11,35
11,97
12,59
13,30
14,40
15,86
14,94
1 цикл
9,1
9,0
7,6
9,5
9,1
5,7
9,4
12,8
14,1
2 цикла
9,2
8,5
5,2
8,6
7,4
-0,5
6,9
12,4
14,1
3 цикла
8,6
8,5
5,5
7,7
8,8
1,3
5,5
12,8
13,2
4 цикла
9,1
7,1
1,2
7,1
8,0
-2,0
3,2
11,7
13,1
5 циклов
9,5
7,5
1,2
7,9
8,0
-2,9
6,3
12,4
13,5
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Каменецкая Д.О. Железо высокой степени чистоты. / Д.О.Каменецкая, И.Б.Пилецкая, В.И.Ширяев. - М.: Металлургия, 1978. - 248 с.
2. Патент США №3694269, 1972.