К.т.н. Гасанли Р.К.

Азербайджанский Технический Университет, Азербайджан

СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ КОКИЛЬНОГО ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА

Целью настоящей работы является изучение микроликвации кремния в кокильном экономнолегированном ВЧШГ. Изучение микроликвации кремния в кокильном ВЧШГ, проведенное с помощью травления в горячем щелочном растворе пикриновой кислоты по методике [1], показало, что имеется существенное ее отличие от ВЧШГ, отливаемого в песчаную форму. Анализ ВЧШГ, получаемого в металлических формах, в литом состоянии показал, что чугун приобретает структуру белого чугуна, состоящую из перлита и ледебурита.

Экономнолегированный чугун в литом состоянии по структуре несущественно отличается от нелегированного кокильного ВЧШГ. Однако, следует отметить, что никель в количестве от 1,0 до 2,0% усиливает отбел чугуна и измельчает эвтектические зерна. Распределение кремния в нелегированных кокильных чугунах связано с их литой структурой и имеет устойчивый характер, не изменяясь после отжига, нормализации и отпуска. Участки металла, представляющие собой до отжига цементит, сохраняют свой химический состав с низким содержанием кремния. Медь и никель в области температур кристаллизации повышают активность углерода (как и кремния) и поэтому являются конкурентами последнего в процессе распределения в кристалллической решетке железа.

Исследование показало, что распределение кремния в никель-медистых чугунах, отлитых как в кокиль, так и в песчано-глинистую форму, близко к равновесному. Лишь небольшие области по границам аустенитного зерна имеют пониженное содержание кремния. Однако и в этом случае контраст в окраске шлифа незначителен. В никелевых чугунах наблюдается неоднородное распределение кремния, отражающие литую аустенито-ледебуритную структуру.

Размер чередующихся областей (по концентрации Cu) уменьшается с ростом содержания никеля в сплаве, а контраст усиливается. Такая неоднородность, однако, не вызывает ухудшения свойств, что можно было бы ожидать в соответствии с существующими воззрениями на влияние микроликвации кремния на КС при пониженных температурах.

В кокильном легированном, как и нелегированном чугуне с частичным отбелом наиболее обогащенными кремнием являются границы областей, занятых стабильной и метастабильной эвтектиками. Высокая концентрация кремния наблюдается между пластинчатыми колониями ледебурита. Вокруг графита наблюдается наиболее высокая концентрация кремния.

В отличие от половинчатых чугунов при сквозном отбеле кремний сосредоточен, основном, в высококремнистых составляющих, а именно: между эвтектическими колониями в сложных эвтектиках, одной из фаз в которых является силикокарбид (СК), либо в карбидном эвтектоиде (Ц+СК) [2], окантовывающем цементит. В первичном и эвтектическом аустените (перлите) содержание кремния понижено.

Ряд исследователей считают, что отжиг обязательно должен приводить к выравниванию химического состава при выдержке сплава в аустенитной области [3,4]. Однако есть другая точка зрения, согласно которой возникшая при кристаллизации неоднородность химического состава очень устойчива и принципиально не может быть устранена термической обработкой и, в частности, отжигом [4].

Травление отожженного чугуна пикратом натрия выявило в нем весьма своеобразную картину микрораспределения кремния. Наблюдается четкое чередование областей, обогащенных и объединенных кремнием, первые из которых располагаются вокруг графитных включений, вторые – в местах, где до отжига был цементит. Взаимное расположение, конфигурация и размер объединенных кремнием областей совпадают с расположением и формой цементитных пластин либо ледебуритных колоний. У краев отливки полосчатый рисунок, характерный для направленной кристаллизации, в центре-однородные по составу зоны близки к равноосным.

Таким образом, было установлено, что во время отжига происходит перераспределение кремния и наиболее обогащенными оказываются области примыкающие к графиту.

Однако очевидно, что указанное перераспределение происходит только в пределах бывших перлито-ферритных (аустенитных при кристаллизации) областей. В местах расположения эвтектического цементита содержание кремния остается пониженным и после аустенитизации металлической основы, а также окончательной термической обработки-нормализации.

Полученный результат согласуется с точкой зрения авторов работы [4], утверждающих, что при кристаллизации возникает химическая поляризация, вызванная различным сродством элементов к углероду. Карбидообразующие элементы (Mn и др.) сосредотачиваются при кристаллизации в цементите, способствующие графитизации (Si, Ni, Cu и др.)- в аустените. Такая поляризация очень устойчива.

Учитывая высказанное мнение можно утверждать, что выявленная микроликвационная картина отражает неоднородное распределение не только кремния, но и других элементов.

Таким образом, исследуемый чугун можно рассматривать как композиционный материал, имеющий гетерогенную структуру с перекрестным армиированием, состоящей из чередующихся высококремнистых областей, обладающих высокой твердостью и хрупкостью, и почти бескремнистых, более пластичных зерен, вероятно легированных Мн.

Обнаруженная особенность в распределении кремния, безусловно, может влиять на механические свойства материала. Установлено, что более высокие механические свойства наблюдаются при полном, либо значительном отбеле легированных кокильных отливок (превышающем 50%). Кроме того, размер однородных по составу микрообластей и графитных включений с увеличением переохлаждения кристаллизующего сплава уменьшается, что также положительно сказывается на свойствах чугуна.

Заключение. Все изложенное позволяет высказать концепцию относительно влияния микронеоднородности химического состава на свойства чугуна. Общепринято мнение, что ликвация нежелательно, так как снижает пластичность материала. Однако даже после отжига достичь полной однородности по химическому составу не удается. Поэтому, на наш взгляд, следует стремиться к созданию такой структуры чугуна, в которой однородные по химическому составу микрообласти были бы максимально мелкими, а хрупкие и пластичные зоны рационально сочетались, образуя гетерогенную структуру. Именно такая структура получена нами в кокильных магниевых чугунах, подвергнутых отжигу, что способствовало повышению механических и эксплуатационных свойств по сравнению с литьем в разовую форму [5] .

Литература:

1. Металловедение и термическая обработка металлов.Справочник под ред. М.Л. Брейнштейна, А.Л. Рахштадга. М., ГОНТИЛ, 200, т.1, 747с.

2. Мирошниченко О.Н., Солнцев Л.А. Особенности микроструктуры магниевого чугуна, отлитого в кокиль// Металловедение и термическая обработка металлов, 2000, №1, с.36

3. Бунин И.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.П. Основы металлографии чугуна. М., Металлургия, 2003, 413с.

4. Ильинский В.А., Жуков А.А. и др. Новое в теории графитизации. Связь между первичной и вторичной кристаллизацией графитизирующихся железо-углеродистых сплавов//Металловедение и термическая обработка металлов, 1998, № 10, с.10-16

5. Гасанли Р.К. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Баку, Элм, 1998, 203с.

Связь с автором: hasanli_dr@mail.ru

Сведения об авторе

1. ФАМИЛИЯ – Гасанли

2. ИМЯ – Рамиз

3. ОТЧЕСТВО – Камандар оглы

4. Телефон – 539 12 18 (раб), 496 34 15 (дом), 055 787 24 77 (моб)

5. Гражданство (страна) – Азербайджан

6. Название статьи - Структурное состояние кокильного

экономнолегированного чугуна

7. Номер науки – Технические науки- «Отраслевое машиностроение»

8. Количество страниц в статье – 4

9. Польное название учебного заведения – Азербайджанский

Технический Университет

10. Должность – доцент

11. Ученая степень – кандидат технических наук

12. Подробный адрес, для пересылки Вам журнала со статьей – АЗ 1073,

Баку, пр. Г. Джавида, 25 АзТУ

13. Электронный адрес автора – hasanli_dr@mail.ru