УДК 621.78 Металлургия

Костина Л.Л.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ЧВГ ПРИ УСКОРЕННОМ НАГРЕВЕ

Ч 1. НАГРЕВ ДО СУБКРИТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР

Термическая обработка высокопрочных чугунов позволяет получить необходимый уровень свойств, обеспечивающий надежную работу деталей в самых различных условиях эксплуатации. Однако вследствие особенностей получения высокопрочный чугун в литом состоянии характеризуется развитой химической и структурной неоднородностью [1]. Термическая обработка, в зависимости от режима, может приводить к увеличению или уменьшению степени неоднородности металлической матрицы чугуна. Существует ряд технологий получения и термической обработки изделий, связанных с ускоренным нагревом, в процессе которого диффузионные процессы почти не успевают происходить. Поэтому представляет интерес исследование фазовых и структурных изменений в высокопрочном чугуне с вермикулярным графитом (ЧВГ) при ускоренном нагреве.

Исследовали магниевый ЧВГ 1 и ЧВГ 2, полученный модифицированием редкоземельными элементами (РЗМ). ЧВГ 1 содержит: 3,33-3,35% С, 2,0-2,6%Si, 0,65%Mn, 0,03%Mg; критические точки равны: А_С1^н 770-790⁰C, А_С1^к 870-890⁰C

. В исходном состоянии имеет перлито-ферритную

структуру металлической матрицы (до 70% перлита), 80% графита вермикулярной формы и до 20% графита шаровидной формы. Феррит расположен в виде оторочек вокруг графитных включений. Углеродом и марганцем обогащены перлитные участки, особенно по границам эвтектических зерен. Распределение кремния соответствует смешанной ликвации, с обогащением центральных частей эвтектического зерна вокруг графитных включений (феррит) и эвтектических границ (перлитные участки).

ЧВГ 2 содержит: 3,3 -3,4%С, 3,4-3,7%Si, 0,6-0,8%Mn, 0,006%S, 0,066%P, до 0,010%Mg, 0,04-0,05% РЗМ. Критические точки составляют: АС₁^н 770-7750C, АС₁^к 890-900⁰C. Исходная структура чугуна феррито-перлитная, до 20% перлита, расположенного по границам эвтектических зерен. Графитные включения достаточно развитые, поэтому для этого чугуна характерная большая степень химической и структурной неоднородности. Эвтектические границы обогащены углеродом и марганцем, а кремний обогащает центральные участки эвтектических зерен.

Процессы, происходящие при ускоренном нагреве, изучали при нагреве в эмиссионном микроскопе EF-6 (скорость нагрева 10-15⁰С/с, скорость охлаждения 30-60⁰С/с), который с достаточной степенью приближенности [2] соответствует электродуговой сварке в атмосфере углекислого газа. Получали изображение холодной поверхности образца до и после нагрева, в пучке вторичных электронов; непосредственное изображение нагретой поверхности за счет термоэлектронной эмиссии; изучали структуру образцов после эмиссионного микроскопа в металлографическом микроскопе. Для исследования использовали образцы диаметром 9 мм и толщиной 1 мм, на одной из поверхностей которых были изготовлены микрошлифы. Исследование процессов в условиях вакуума связано с так называемым поверхностным эффектом: неизбежным ускорением всех происходящих процессов на границе металл - вакуум, снижением температур плавления, рекристаллизации и других превращений в металле, в стремлении атомов примесей, особенно легких элементов (углерода, азота, кислорода), к поверхности образца. Последнее усложняет изучение неотбеленных чугунов появлением на поверхности образца плотной графитовой пленки, которую не всегда удается удалить вакуумным насосом. После исследования в микроскопе EF-6 образцы изучали с помощью оптического микроскопа.

В условиях обычных скоростей нагрева в ЧВГ при субкритических температурах происходит сфероидизация и распад цементита перлита с отводом углерода на графитные включения, а также отвод кремния и углерода от эвтектических границ. За счет вакуумного эффекта частицы углерода, образовавшиеся в результате распада перлита, всплывают на поверхность образца, выявляя этим участки наиболее интенсивного распада и пути передвижения углерода. Наибольшее количество вторичного графита наблюдается вокруг графитных включений. Направление и интенсивность движения углерода могут быть различны в отдельных зернах и участках зерна, что предполагает влияние на движение углерода локального состава, кристаллогеометрической ориентации, плотности упаковки. В ЧВГ 1 и 2 зафиксировано преимущественное движение углерода по границам ферритных зерен, отдельным зернам и фрагментам зерна.

Наличие исходной микронеоднородности чугуна приводит к тому, что структура рекристаллизации образуется в каждом эвтектическом зерне. Рекристаллизация начинается, как правило, от границ графитных включений. Практически на всех образцах наблюдается мелкое ферритное зерно по периметру графитных включений, т.к. на их границах повышена напряженность металлической матрицы, вследствие чего облегчено образование границ зерен и образование новых зерен.

ЛИТЕРАТУРА

1. Петриченко А.М., Солнцев Л.А., Костина Л.Л., Кропивный В.Н. – Особенности строения и термической обработки чугуна с вермикулярным графитом.- МиТОМ-1983, №10, с.61-63.

2. В.Ф.Грабин, А.В.Денисенко Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей, Киев, Наукова думка, 1978 г., 270 с.

3. Справочник по чугунному литью. Под ред. Гиршовича Н.Г., Л., Машиностроение, 1978 г., с.758.