Файл: Тодоров, Р. П. Структура и свойства ковкого чугуна.pdf

плотной гексагональной решеткой. Его состав является дискуссионным. Предполагается, что е-карбид удовлет­ воряет формуле Fe2C.

Графит. Расположение атомов углерода в кристаллах графита характеризуется плотной гексагональной ре­ шеткой. Она характеризуется наличием плотных атом­

ных слоев, расположенных в параллельных плоскостях

о

на расстоянии 3,39 А (рис. 3,а) [13]. Все плоскости сим­ метричны. Четные смеще­ ны в отношении нечетных

на 2,42 А. Между атомами углерода в плоскостях дей­ ствуют сильные ковалент­ ные связи, их энергия равна

100—-120 ккал/моль. По­ средством трех электронов они обеспечивают связь каждого атома с его сосед­ ними в данном слое. Чет­ вертый электрон общий для всего слоя. Он обусловли­ вает металлическую связь между слоями (энергия свя­ зи равна 1—3 ккал/моль) и электропроводность графи­ та. Рентгеноструктурные ис­ следования [14] показыва­ ют, что графит состоит из а- и ß-графита, тесно свя­ занных между собой. Пара­ метры срграфита: а=2,468

на 1,42 А по отношению к соседним. В ß-графитовой структуре (рис. 3,в) два слоя располагаются, как и в а-графите, а третий смещен на

9

Графитовые включения в железоуглеродистых спла­

аморфной (неупорядоченной) структурой. В ковких чу­ гунах с обычной формой графита содержится 7,4% ß-графита, а с шаровидным графитом 3,5%•

Химический анализ графитовых включений, выде­ ленных из чугуна, показывает обычно, что последние содержат железо [15]. Это, вероятно, обусловливается механическими примесями металлической основы, кото­ рые могут проявиться как при формировании графита,

1Q

так и при его выделении из чугуна. Основанием для такого вывода является тот факт, что (по данным рент-

а). В чугунах, модифицированных магнием или с соот­

особенность объясняется строением графитовых включе­ ний, зависящим от схем их роста [14, 17]: 1) графито­ вые включения являются совокупностью кристаллов, направленных из одного центра и растущих параллельно радиусу или под -небольшим углом к нему. Гексагональ­ ная ось структурной решетки совпадает с радиусом включения (рис 5, а) ; 2) графитовые включения харак­ теризуются зональным секториальным строением. Каж­ дое включение состоит из большего числа графитовых кристаллов, базисные плоскости которых располагают­ ся в кристаллитах перпендикулярно радиусу, проведен­ ному из центра включения вдоль оси кристаллита. Последние образуют многочисленные пирамиды или ко­ нусы роста с вершиной в центре сфероида. Направление роста показано стрелкой (рис. 5, б). Эта схема удовлет­

Рис. 5. Схемы возможного роста графита в ковком чугуне

ворительно объясняет белые пятна как оптический эф­ фект, вызванный тем, что при срезе сфероидов плоскость шлифа в центральной части может совпадать с базисны­ ми плоскостями графита. Они же, отражая падающий на них овет, создают впечатление наличия светлого включения в центре графитовых образований.

Указанные схемы и возможные сочетания между ни-

И

чугунах.

Кроме основных фаз, в чугуне имеются неметалличе-' ские включения (оксиды, нитриды, сульфиды). Их присутствие влияет на фазовые превращения и свойства этих чугунав. Характеристики неметаллических вклю­ чений показаны в табл. 2 [18]. Особо важно влияние

Таблица 2

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИИ, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В КОВКОМ ЧУГУНЕ

сульфидов, количество которых ів некоторых случаях (при получении сернистых чугунов с шаровидной фор­ мой графита) может быть значительным. В белых чугу- н-ах, предназначенных для графитизирующего отжига, встречаются включения серы в виде FeS, MnS и эвтек­ тической смеси FeS+MnS (рис. 6).

Сульфиды встречаются круглой, овальной, палочко­ образной, разветвленной и другой формы. В ряде слу-

12

чаев в объеме цементитных кристаллов наряду со сравнительно компактными сульфидами 'Попадаются включения .в виде длинных лент. Это наводит на мысль о вторичной сульфидной фазе, выделенной из цементи­ та при его охлаждении от температуры кристаллизации до комнатной температуры1. К сожалению, черно-белые фотографии не отражают цветового оттенка этих поло­ сок; они кажутся границами, разделяющими цементитные включения на несколько участков.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В КОВКОМ ЧУГУНЕ

распределением в белом чугуне. Присутствующие в чу­ гуне элементы можно разделить «а три основные груп­ пы.

1.Элементы, которые растворяются преимущественн

втвердом растворе (феррите или аустените). К этой

1 Вероятность выделения сульфидных включений из цементита допускает и И. іН. Богачев [4]. Не исключена возможность, что эти лентообразные сульфидные включения кристаллизуются одновремен­ но с цементитом.

14

участках аустенита (феррита), которые граничат с цементитными кристаллами.

2.Элементы, которые растворяются преимуществен­ но в цементите (рис. 7,6). К этой группе относятся мар­ ганец, хром, молибден и др.

3.Элементы, сосредоточенные в основном в своих собственных соединениях. Сюда в первую очередь сле­

дует отнести серу, кислород и др.

Следует отметить, что распределение элементов ме­ жду отдельными фазами чугунов зависит (при прочих одинаковых условиях) от скорости охлаждения: чем выше скорость охлаждения, тем меньше различаются концентрации того или иного элемента в отдельных фа­ зах. Такая закономерность вполне логична ввиду диф­ фузионного характера процессов распределения элемен­ тов при кристаллизации сплавов.

После общих замечаний рассмотрим распределение кремния, никеля, алюминия, марганца, хрома, серы и магния между фазами белых чугунов. Оно, как мы вы­ ясним далее, играет .важную роль при графитизирующем отжиге.

Основная часть нижеизложенных экспериментальных данных получена с помощью фазового химического ана­ лиза по методике, аналогичной описанной .в работе [19]. В качестве электролита был использован Пн. КСІ+0,5 %-ный раствор лимонной кислоты. Работу вели при комнатной температуре электролита и плотности тока 0,02 А/см2. Электролиз длился не более 3 ч. О ликвации элементов судили с помощью термического и дилатометрического анализов. Последнее позволило фиксировать температуру интервала перлитного' превра­ щения, который, ікак известно, довольно чувствителен к содержанию легирующих элементов в аустените. В тех случаях, когда было необходимо определить местопо­ ложение точки Кюри, пользовались магнитометром Штейнберга. Широко применяли также средства микроструктурного анализа и измерения микротвердости.

Распределение кремния. Данные фазового химиче­ ского анализа (табл. 3) [20] показывают, что кремний сосредоточен в чугуне в основном в твердом растворе. Его концентрация в цементитной фазе составляет не­ сколько сотых процента. Как и 'следовало ожидать, со­ держание Si в эвтектоидном (0,06 %) и вторичном (0,04%) цементите несколько выше, чем в кристаллах эвтек­

15

тического цементита (0,02%); среднее содержание Si в цементите 0,048%. Очевидно, причиной тому темпера­ турные условия формирования разновидностей цементи­ та и связанная с ними подвижность атомов.

Преимущественное растворение кремния в аустени­ те (феррите) сохраняется в широком Диапазоне скоро­ стей охлаждения-отливок. Это видно из содержания указанного элемента в цементитной фазе проб с раз­ личной толщиной стенок:

Это означает, что отмеченное распределение характерно для всего многообразия отливок из белого чугуна.

Для железоуглеродистых сплавов с эвтектичностыо, соответствующей ковким чугунам, характерна та'к назы­ ваемая прямая ликвация, при которой заметно плавное повышение содержания кремния от середины кристал­ лов к периферии. Непосредственные измерения с по­ мощью микрозонда показывают, что относительная раз­

аустенита. При охлаждении отливок в песочных формах эта разница составляет обычно 140—200%.

Следует отметить, что неравномерное распределение кремния обусловливается не только кристаллизацион­ ными процессами. Определенное влияние оказывают и дальнейшие структурные превращения в отливках во время охлаждения до комнатной температуры. Мы

16