РАСЧЕТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

При моделировании усадочных процессов при затвердевании и охлаждении заготовок на машине непрерывного литья заготовок  (МНЛЗ) усадки возникает необходимость в определении коэффициента линейного расширения в зависимости от температуры и содержания углерода. Приведенные в справочной литературе экспериментальные данные по коэффициентам линейного расширения в большинстве случаев ограничены низкотемпературным интервалом, верхняя граница которого не превышает 1200  °С. Для более высоких  температур значения этого коэффициента не известны. Их определение в последнее время осуществляют с использованием эмпирических  зависимостей для расчета изменения удельных объемов фаз при изменении температуры. Однако приведенные в литературе зависимости  зачастую носят противоречивый характер. В связи с этим возникла необходимость в разработке единой методики определения значений  коэффициента линейного расширения в зависимости от температуры и содержания углерода. При выводе формул для расчета коэффициента линейной усадки за основу приняли полученные ранее выражения для расчета удельных объемов сплавов системы Fe – C. Изменение удельного объема от температуры существенно влияет содержание углерода. Расчет значений коэффициента линейной усадки выполнен отдельно для трех интервалов концентраций углерода 0 – 0,10, 0,10 – 0,16 и 0,16 – 0,50 %, отличающихся друг от друга различными  фазовыми превращениями при затвердевании и охлаждении сплавов. Представлен пример расчета коэффициента линейной усадки для  середин указанных интервалов. Выполнено сопоставление полученных результатов расчета с известными литературными и справочными  данными. Установлена адекватность предложенной методики. Показана возможность использования предлагаемой методики для решения  исследовательских задач.

линейная усадка,  коэффициент линейного расширения,  удельный объем,  диаграмма Fe – C

1. Варгафтик Н.Б. Теплофизические свойства веществ. – Л.: Госэнергоиздат, 1956. – 367 с.

2. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. – М.: Металлургия, 1989. – 384 с.

3. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

4. Юрьев С.Ф. Удельный обьем фаз в мартенситном превращении аустенита. – М.: Металлургиздат, 1950. – 48 с.

5. Pierer R., Bernhard С. High temperature behavior during solidification of peritectic steels under continuous casting conditions // Materials Science and Technology. Oct. 2006. Р. 601 – 608.

6. Шатов А.Я., Бойков Д.А., Ступак А.А. Линейная усадка стальных отливок, ее связь с диаграммой состояния Fe – Fe3C // Вестник Брянского технического университета. 2007. № 2. С. 20 – 26.

7. Коновалов А.В., Куркин А.С. Расчетное определение температурных зависимостей теплофизических свойств структурных составляющих низколегированной стали по ее химическому составу // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 9. С. 41 – 45.

8. Габелая Д.И., Кабаков З.К., Мащенко М.А. Расчет изменения удельных объемов сплавов системы Fe – C в зависимости от содержания углерода и температуры // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 8. С. 627 – 631.

9. Кабаков З.К., Павздерин А.И., Козлов Г.С., Габелая Д.И. Определение коэффициента эффективной теплоемкости углеродистых сталей // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 2. С. 15 – 19.

10. Кабаков З.К., Цюрко В.И. Определение температурной зависимости истинной теплоемкости углеродистых сталей с учетом фазовых превращений // Производство проката. 2012. № 2. С. 40 – 44.

11. Chalmers B. Physical Metallurgy. – Wiley series on the science and technology of materials: Wiley, 1959. – 468 p.

12. Zimmermann R., Günther K. Metallurgie und werkstofftechnik – ein Wissensspeicher. Band 1. – Leipzig: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1977. – 679 р.

13. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 552 с.

14. Zhao-zhen Cai, Miao-yong Zhu. Thermo-mechanical behavior of peritectic steel solidifying in slab continuous casting mold and a new mold taper design // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 10. P. 1818 – 1827.

15. Meng Y., Li C., Parkman J., Thomas B.G. Simulation of shrinkage and stress in solidifying steel shells of different grade // Solidification Processes and Microstructures: A symposium in honor of Wilfried Kurz TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), Charlotte, NC, March 15 – 18. 2004. Rappaz M. ed. P. 33 – 39.

16. Zhu L.-G., Kumar R.V. Shrinkage of carbon steel by thermal contraction and phase transformation during solidification // Ironmaking and Steelmaking. 2007. Vol. 34. No. 1. P. 71 – 75.

17. JMatPro. Practical software for material properties. URL: http://www. sentesoftware.co.uk/jmatpro.aspx (дата обращения: 10.06.2019).

18. Guo Z., Saunders N., Miodownik P., Schillé J.-P. Modelling phase transformations and material properties critical to the prediction of distortion during the heat treatment of steels. // Int. J. Microstructure and Materials Properties. 2009. Vol. 4. No. 2. Р. 187 – 195.

19. Thomas B.G., Ojeda C. Ideal taper prediction for slab casting // ISSTech Steelmaking Conference, Indianapolis, IN, USA, April 27 – 30, 2003. Vol. 86. ISS-AIME, Warrendale, PA. 2003. Р. 295 – 308.

20. Li C., Thomas B.G. Ideal taper prediction for billet casting // ISSTech Steelmaking Conference, Indianapolis, IN, USA, April 27 – 30, 2003. Vol. 86. ISS-AIME, Warrendale, PA. 2003. Р. 685 – 700.