ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Яценко, Г. Е. Белай, Ю. С. Ахматов. К вопросу о распределении церия в шаровидном графите из "Структура и свойства чугуна и стали Т 24 " В отличие от сталей, модифицирование которых проводят с целью изменить величину зерна, чугуны модифицируют, чтобы наряду с измельчением эвтектических колоний изменить их внутреннее строение. За общую модель эвтектической колонии обычно принимают систему мелких многочисленных кристаллов одной фазы, диспергированных в монокристальной матрице другой фазы. Эвтектические структуры классифицируют по форме сечений диспергированных кристаллов, видимых на микрошлифах, и делят на пластинчатые, стержневые, глобулярные и аномальные [1 ]. Исходя из того, что введение модификаторов должно регулировать процесс зарождения кристаллов диспергированной фазы, пытаются перевести пластинчатые эвтектики в глобулярные, изменить природу монокристальной фазы. [c.41] Такой подход к оценке возможностей модифицирования далеко не всегда является обоснованным, так как он базируется на неверных представлениях о морфологии эвтектических структур. Результаты исследования механизма и кинетики эвтектической кристаллизации в чугунах свидетельствуют о непрерывности обеих фаз в эвтектической колонии. [c.41] Ледебурит в нелегированных белых чугунах является типичным примером эвтектик сотового строения. На микрошлифах колонии ледебурита чаще всего состоят из эллипсовидных сечений аустенита, распределенных в цементитной матрице. Стереометрический микроанализ колоний и наблюдение за их ростом при помощи закалочно-микроструктурного метода показывают, что формирование ледебурита начинается с зарождения и роста на пластинчатых кристаллах цементита плоских аустенитных дендритов. Развитие колонии в направлении, перпендикулярном базовой цементитной пластине, осуществляется путем кооперативного роста ответвлений от цементитной пластины и от плоских аустенитных дендритов. Фазой, ведущей кристаллизацию ледебурита, является цементит [2]. [c.41] При легировании белых чугунов хромом, ванадием и другими карбидообразующими элементами формируются эвтектические структуры, отличающиеся от двух описанных выше. По-прежнему процесс роста эвтектической колонии представляет развитие би-кристаллитного образования, в котором обе фазы непрерывны и прорастают друг в друге. Однако ведущая фаза растет в виде скелета, окруженного ведомой фазой. На рис. 1 показаны поперечные сечения колоний в хромистом (а) и ванадиевом (б) белых чугунах. По данным стереометрического микроанализа [4], ау-стенито-хромистокарбидная эвтектика у + (Сг, Ре),Сз развивается на базовом стержне карбида (Сг, Ре),Сз, являющемся осью колонии. Ответвления стержневого карбида в основном растут вдоль оси и меньше в радиальном направлении в промежутках между ними кристаллизуется эвтектический аустенит. В целом колония у + (Сг, Ре)7Сз имеет форму цилиндра (конуса) и представляет кристалл тригонального карбида, разветвленный в аустенитной матрице. [c.43] Таково же строение колоний эвтектики у + Уi s в белом чугуне, легированном ванадием. Зародышем колонии является кристалл кубического карбида ванадия, ответвления которого образуют карбидный скелет колонии. На ветвях нарастает ведомая фаза (аустенит), развивающаяся также из одного зародыша. О монокристальности аустенита свидетельствует однообразная ориентация пластин вторичного цементита в пределах колонии [5]. [c.43] Результаты морфологических исследований ряда эвтектик в белых чугунах подтверждают выводы А. А. Бочвара 16] о том, что процесс эвтектической кристаллизации представляет совместный рост кристаллов двух фаз, в ходе которого одна из фаз ведет кристаллизацию и создает скелет эвтектического зерна, а другая фаза отлагается в межосевых пространствах этого скелета. Однако характерным для эвтектической кристаллизации чугунов является не подчеркиваемое в работе [6] раздельное образование двух кристаллов в жидкости, а зарождение кристалла ведомой фазы на базовом кристалле ведущей фазы и их последующий кооперативный рост. С другой стороны, необходимо уточнить положение о том, что ведущая фаза создает скелет эвтектического зерна. [c.43] Опыт показывает, что в качестве ведущей, как правило, выступает более тугоплавкая фаза, отличающаяся значительной долей направленных связей в кристаллической рещетке, повыщенной твердостью и хрупкостью. Для ведомых фаз характерными являются чисто металлический тип межатомных связей и повышенная пластичность. [c.44] Природа матричной фазы в существенной мере определяет свойства чугуна. Формирование эвтектик ледебуритного типа. [c.44] Изменение макроморфологических характеристик эвтектики оказывает влияние и на свойства ванадиевого чугуна. [c.45] В последние годы выполнено большое количество работ по изучению эвтектической кристаллизации в условиях направленного затвердевания, в том числе в белых [8] и серых [9] чугунах. [c.45] Результаты работ частично обобщены в работах [10, 11]. Установлено, что в зависимости от наличия примесей и скорости затвердевания фронт кристаллизации эвтектики может быть плоским или волнистым, в последнем случае формируется ячеистая структура эвтектики. Авторы ряда работ отождествляют ячейки с эвтектическими колониями. Так, согласно В. А. Тиллеру [1 ], эвтектические колонии появляются в результате продвижения ячеистого фронта кристаллизации. Причины такого описания процесса структурообразования вполне объяснимы, так как в опытах по изучению направленной кристаллизации обычно анализируют стационарный рост эвтектического пакета и не исследуют зарождения эвтектических колоний. Однако подобного рода описание вносит путаницу в существующие представления и терминологию, а в случае типичного для практики объемного затвердевания отливки является вообще неприемлемым. [c.45] Второй особенностью формирования колоний является трансколониальное развитие обеих эвтектических фаз. В связи с этим представляется дискуссионной отмеченная в работе [13] возможность коренного изменения строения эвтектических колоний путем модифицирования превращение монокристальной матрицы в диспергированную фазу, и наоборот. Такая возможность реализуется, согласно данным [13], в сплавах прозрачных веществ (камфоры с нафталином, камфоры с бензойной кислотой). Условия кооперативного роста эвтектических фаз в металлических сплавах (в частности, в чугунах), по-видимому, исключают процесс повторяющегося зарождения одной из фаз на фронте кристаллизации. Между тем основная идея обсуждаемого варианта модифицирования сводится к регулированию этого процесса. [c.46] В заключение остановимся на особенностях эвтектического превращения в модифицированных серых чугунах. Основной структурной составляющей серого чугуна является аустенито-графитная эвтектика. При рядовом микроанализе образцов обычного серого чугуна наблюдаются изолированные сечения графитных пластинок, располагающиеся в твердом растворе. Этот вид структуры обусловил распространенное и в настоящее время мнение о прерывистости графитной фазы. Так, Б. Чалмерс считает эвтектику железо—углерод хорошим примером прерывистой эвтектической структуры, для образования которой необходимо частое зарождение одной из фаз [14]. В. А. Тиллер, относя аустенито-графитную эвтектику к аномальным, полагает, что графитные пластинки не только изолированы, но и зарождаются в жидкости перед фронтом кристаллизации [1]. [c.46] Между тем аустенито-графитная эвтектика в обычном сером чугуне также отвечает описанной вы ше модели. Как показано в работе [15], колония эвтектики состоит из одного графитного включения, разветвленного в аустенитной матрице. Установлена непрерывность графитной фазы в колониях с переохлажденным графитом [16], а также в колониях тонкодифференцированной эвтектики в цериевых чугунах [17]. [c.46] Зависимость состава эвтектического аустенита от температуры его образования позволяет воспользоваться методом анализа внутрикристаллической ликвации в аустенитной матрице эвтектических колоний для косвенной оценки влияния легирующих элементов на смещение эвтектического температурного интервала и проверки соответствующих данных, полученных другими методами. Необходимо учитывать, что результаты экспериментальных определений касаются первичных структур, полученных в условиях, отличных от фазовых равновесий. Данные о направлении внутрикристаллической ликвации могут иметь лишь качественное значение при оценке влияния легирующих на эвтектическую температуру. По этой же причине, а также ввиду наложения возможных эффектов частичной гомогенизации и структурных изменений после затвердевания оценка масштаба ликвации не может быть использована для количественной характеристики концентрационных соотношений в условиях фазовых равновесий. Указанные обстоятельства, естественно, сохраняют силу и при анализе ликвации в избыточном аустените. [c.52] Материалом исследования служили серии синтетических сплавов и технических чугунов, выплавленных в лабораторных высокочастотных печах на основе железоуглеродистой лигатуры и промышленных литейных чугунов с легирующими добавками. Сплавы, предназначавшиеся для определения знака ликвации легирующих элементов в избыточном и эвтектическом аустените, охлаждались в интервале кристаллизации со скоростью 10— 15 град мин, достаточной для предотвращения отбела в пробах всех исследованных чугунов, за исключением хромистого. В нем наряду с колониями аустенито-графитной эвтектики наблюдались участки ледебурита. Состав сплавов приведен в табл. 1. Образованию стабильной эвтектики способствовало введение в расплавы кремния в количестве до 0,5%, присутствие которого существенно облегчало металлографическое исследование первичной структуры проб, выявляемой методом избирательного окисления. [c.52] Проверка выводов, основанных на анализе синтетических сплавов, выполнена на сериях отливок, близких по составу к промышленным и содержавших, помимо основных примесей, 0,3— 0,4 о Мп, 0,035 о Р и 0,02% 5. Для исследования выбраны элементы, представляющие оба направления ликвации в высокоуглеродистых сплавах молибден (прямая ликвация), никель и медь (обратная ликвация). Расплавы легировали ступенчато возрастающими присадками и заливали в земляные формы, обеспечивающие одинаковую скорость охлаждения в интервале затвердевания (50 град мин). На примере медистых чугунов исследовали также влияние на степень ликвации скорости охлаждения при использовании форм из материала с различным тепловым сопротивлением. Содержание основных компонентов, скорость охлаждения в интервале кристаллизации и коэффициенты ликвации приведены в табл. 3. Типичные особенности ликвации в участках первичной структуры иллюстрируются рис. 4. [c.56] Следует отметить некоторые трудности при точном количественном определении коэффициентов ликвации. В первичной структуре доэвтектических серых чугунов, строение которой выявляется при избирательном травлении отдельных микроучастков матрицы, обычно нет отчетливо различимой границы между наружным слоем ветвей избыточных дедритов и прилежащими зонами эвтектических колоний (за исключением колоний с тонкодифференцированным графитом). Это вносит известную условность в определение коэффициента ликвации для избыточного аустенита из соотношения концентраций в центре и на границе дендритных ветвей. При наличии в структуре проб участков карбидной эвтектики пониженная растворимость ряда легирующих в карбиде может обусловить локальные изменения концентрации для смежных с ледебуритом слоев аустенита, что отразится на величине К-Ограничения точности определений связаны также с минимальным размером фокусируемого электронного пучка микрозонда, имеющим также важность при анализе состава эвтектических колоний с сильноразветвленным графитом. Особенно возрастают неточности при исследовании эвтектического аустенита в сплавах с низкой степенью эвтектичности. Это заставило отказаться от характеристики Кэ т ДЛя проб молибденовых чугунов. [c.56] Вернуться к основной статье