ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы К- Пирогова, Ю. Н. Таран. Исследование кристаллизации эвтектик сотового строения в металлических сплавах из "Структура и свойства чугуна и стали Т 24 " Часто встречающейся особенностью структуры чугунных отливок является выделение в удаленных от поверхности зонах наряду с графитными колониями грубого строения очень тонкой графито-аустенитной эвтектики, имеющей более тонкое строение, чем графитные включения у поверхности. [c.96] Отливки кристаллизовали в разогретых до 950° С песчаных и магнезитовых формах и в процессе охлаждения строили кривые охлаждения центра и поверхности форм при помощи трехпозиционного электронного автоматического потенциометра ЭПП-09М2. [c.96] Повышение температуры в поверхностной зоне отливки приводило к уменьшению градиента температур между осевой и поверхностной зонами, что затрудняло отвод теп,1и из (х евой зоны отливки. Это хорошо видно на кривых охлаждения, поэтому температура в осевой зоне перед началом кристаллизации ие снижалась до такой степени, как перед началом кристаллизации в поверхностной зоне, а затем в процессе последующей кристаллизации повышалась сильней, чем у поверхности (рис. 2, кривые охлажде1шя 2). [c.99] Чтобы подтвердить это, отливку чугуна 5 (по составу аналогичную чугуну 3) закалили во время кристаллизации в воде в момент Согласно кривой охлаждения /, процесс кристаллизации в момент Tj еще не закончился (рис. 3). Структура же разрезанной отливки свидетельствовала о завершении процесса кристаллизации в поверхностном слое на глубину 4—5 мм (рис. 3, а). [c.99] В результате эксперимеР1тов был сделан вывод, что кристаллизация в поверхностной зоне отливки заканчивается гораздо раньше, чем в сердцевине. На последних этапах кристаллизации в поверхностной зоне отливки не наблюдается заметное понижение температуры, так как здесь металл подогревается за счет тепла, выделяющегося при кристаллизации глубже лежащих слоев металла. Кроме этого, температура практически не падает в течение некоторого времени и после окончания кристаллизации. Это связано с тем, что кристаллизация у поверхности заканчивается тогда, когда в середине отливки остается незакристаллизовавшейся до 50% жидкой фазы. Выделяющаяся вследствие кристаллизации этой жидкости теплота препятствует снижению температуры в поверхностной зоне. [c.100] Когда фронт кристаллизации сердцевины сокращается до такой степени, что количество отдаваемого тепла отливкой в окружающую среду в единицу времени начинает превышать количество тепла, выделяющегося за счет кристаллизации, начинается интенсивное охлаждение поверхности. Градиент температур между осевой и поверхностной зонами резко возрастает. Это приводит к тому, что осевая часть отливки также начинает интенсивно охлаждаться, кристаллизация оставшихся здесь участков жидкой фазы происходит при гораздо большем переохлаждении, чем кристаллизация выделившихся вначале колоний, и при большем переохлаждении, чем кристаллизация эвтектических колоний у поверхности. Результатом этого является тонкая графитная эвтектика в сердце-вине отливки. [c.100] Если увеличивать скорость охлаждения отливки, то градиент температур между осевой и поверхностной зонами будет возрастать и вместо тонкой графито-аустенитной эвтектики будет кристаллизоваться ледебурит, что и наблюдалось при кристаллизации отливки на воздухе. [c.100] Наши эксперименты показали, что резкое ускорение охлаждения в осевой зоне отливок начинается лишь после окончания кристаллизации в поверхностной зоне, чем и объясняется, по-нашему, внутренний отбел отливки. В работе [1 ] образование дисперсного графита (либо внутреннего отбела) объясняется тем, что начиная с определенной температуры скорость охлаждения середины отливок становится выше, чем скорость охлаждения поверхности. По-видимому, такое объяснение может быть принято лишь для случая, когда в поверхностной зоне остается столь малое количество жидкой фазы, кристаллизация которой не может практически повлиять на тепловой баланс отливки. В противном случае выделяющаяся в поверхностном слое скрытая теплота кристаллизации препятствовала бы теплоотводу из внутренних зон отливки и образования переохлажденного графита не наблюдалось. [c.101] На основании приведенных в работе экспериментальных данных и высказанных соображений следует считать, что образование участков дисперсной графитной эвтектики в середине чугунных отливок и внутренний отбел являются следствием кристаллизации последних порций эвтектической жидкости при сильном переохлаждении сердцевины отливок, наступающем в результате завершения кристаллизации поверхностных зон и сокращения фронта кристаллизации в центре отливок. [c.101] Аустенито-цементитная эвтектика белых чугунов (ледебурит) является типичным примером эвтектик сотового строения, наблюдаемых во многих сплавах. В работе [1 I начало роста ледебуритной колонии описывалось как возникновение на цементитной пластине многочисленных дисковидных кристаллов аустенита. Принималось, что в дальнейшем совместный рост пластины и дисков аустенита, приобретающих форму нитей, приводит к формированию сотовой структуры. Рост аустенитных нитей время от времени прерывается кристаллизацией цементита, и наоборот. В работте 2] показано, что начальный этап формирования колонии состоит в развитии плоских дендритов аустенита на цементитной пластине. Согласно данным [3], развивающийся из плоского трехмерный дендрит аустенита является ведущей фазой при ледебуритном превращении. [c.102] Детальные микроскопические исследования показывают, однако, что ведущей фазой при формировании ледебурита является цементит, а развитие колонии представляет взаимное прорастание двух кристаллов эвтектических фаз. [c.102] Исследовали белые чугуны, содержащие 4,5—4,8% С. Базовый сплав выплавляли из армко-железа и электродного графита в 50-кг индукционной печи. Кокильные отливки дробили и переплавляли в алундовых тиглях в печи МВП-ЗМ с добавкой марганца или хрома для предотвращения образования графита. [c.102] Верхние пределы содержания примесей в исследованных чугунах составляли 0,01% 51, 0,019% 5, 0,010% Р и 0,08% Си. Скорость охлаждения тиглей с расплавами варьировали в пределах от 10 до 2,1 10 град мин. В серии опытов медленную кристаллизацию чугуна прерывали закалкой образцов. В качестве основной. методики применяли стереометрический микроанализ с исследованием взаимно перпендикулярных ориентированных разрезов и переполировки образцов. [c.102] Стереометрический микроанализ большого числа колоний показывает, что в основе формирования сотовой структуры ледебурита лежит совместный рост извилистых прожилок и вышераспо-ложенных стрелок цементита. Стрелки, зарождаясь от одних прожилок, пересекают другие. Переплетение стрелок и прожилок создает сетку, в каналах (сотах) которой растет эвтектический аустенит, берущий начало от плоских дендритов (рис. 1, в, г). [c.104] В тех участках, где стрельчатые пачки цементита растут по чисто аустенитному слою (не пересекая цементитных прожилок), формируется пластинчатая структура ледебурита. Однако по мере развития колонии пластинки аустенита расчленяются на стерженьки. Это вырождение пластинчатой эвтектической структуры в сотовую можно, по данным [4, 5], объяснить влиянием примесей. [c.104] Цементит как ведущая фаза эвтектики несколько опережает фронт кристаллизации аустенитных пластинок (рис. 2, а). Об этом свидетельствует форма фронта кристаллизации, наблюдаемого в закаленных образцах. Отставание аустенитных пластин способствует обогащению жидкости около них примесями. В условиях концентрационного переохлаждения жидкости на кромках аустенитных пластин растут выступы, что приводит к обогащению разделяющей их жидкости углеродом и росту здесь цементита (рис. 2, б). Смыкание соседних стрелок цементита завершает расчленение аустенитной пластины (рис. 2, в). [c.104] При оценке макроморфологии ледебурита следует указать на ячеистое строение колоний. Наличие ячеистой субструктуры в ледебурите отмечено ранее [2] и объяснялось неодновременным зарождением участков сотовой структуры на базовой цементитной пластине. По-видимому, следует также учитывать топографию базовой пластины и влияние примесей на развитие ячеистого фронта многофазной кристаллизации [6, 7]. Общая схема формирования ледебуритной колонии, на которой отражены последовательные стадии роста и развитие ячеистой структуры, приведена на рис. 5. [c.106] Есть основания полагать, что особенности кристаллизации ледебурита отражают общие закономерности формирования эвтектик с сотовой структурой, в состав которых входят фазы с резко выраженными различиями в габитусе кристаллов. Имеется в виду склонность одной из фаз расти в виде ограниченных идио-морфных кристаллов, а другой — в форме трехмерных дендритов. Типичным примером системы подобного рода является эвтектика В — 5п, кристаллизацию которой изучали многие исследователи. [c.106] Висмут растет в форме ромбоэдров, близких к кубу [8]. Учитывая описанный в работе [9] слоистый рост В1, его можно считать аналогом цементита. Структурно свободное олово, подобно аустениту, кристаллизуется в форме трехмерных дендритов. [c.106] Нами исследованы сплавы доэвтектического и заэвтектического состава, выплавленные в графитовых или стальных тиглях на базе чистого висмута (96,0% В ) и чистого для анализа олова (99,9% 5п). Сплавы перегревали на град выше ликвидуса и охлаждали в печи со скоростью 2 град мин. Применяли также ускоренное охлаждение и закалку сплавов в ходе затвердевания в растворе соли при —15°. [c.107] Вернуться к основной статье