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

'РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ГРАФИТИЗИРУЮЩЕМ ОТЖИГЕ

Как уже было отмечено, распределение примесей в белом чугуне характеризуется чрезвычайной неравномер­ ностью (см. рис. 7), что в сочетании со сравнительно вы­ сокой температурой графитмзирующего отжига и распа­ дом цементита вызывает развитие процессов, направлен­ ных на гомогенизацию1 металлической матрицы. Это яв­ ление сравнительно мало привлекало внимание исследо­ вателей [59]. Рассмотрим его основные особенности на примере распределения кремния и марганца. Являясь ти­ пичными представителями графито- и карбидообразующнх элементов, они, как будет выяснено далее, достаточ­ но полно иллюстрируют качественную сторону распреде­ ления элементов в рассматриваемом процессе.

Распределение кремния. Как было показано, кремний

1 Применяя термин «гомогенизация», мы имеем в виду вырав­ нивание состава аустенита (феррита). Следует учитывать, что чу- ■гуны являются гетерогенной системой. При .наличии графитовых и других неметаллических включений полная гомогенизация их (как она подразумевается в .отношении однофазных систем) невозможна.

53

протекает сравнительно быстрее, чем гомогенизация. На рис. 23 показана схема неоднородности аустенита, возникающей при графитнзации. Диссоциация и раство­ рение цементита в процессе его распада приводят к воз­ никновению на его месте вновь образующихся участков аустенита, обозначенных на схеме как А' (рис. 23,6). Из-за небольшой скорости диффузии кремния можно по­

тверждается данными рентгеноструктурного анализа. Некоторые из полученных результатов показаны в виде фотометрических кривых на рис. 24. Ниже представлены данные об изменении периода решетки (кХ) при гомо­ генизирующем отжиге:

Исследовали магниевый чугун следующего состава: 2,95% С; 3,-0% Si; 0,06% Mg. Высокое содержание крем­ ния выбрано с целью получения более ощутимой разни­ цы его содержаний в участках А и А' металлической матрицы.

Анализ фотометрических кривых показывает, что по­ ложение максимумов интенсивности линий рентгено­

-4

грамм исследованных образцов в сильной степени зави­ сит от структурного состояния чугуна. Так, наибольшее смещение максимума интенсивности по отношению к эта­ лону (рис. 24, кривая 4) наблюдается у белого чугуна (рис. 24, кривая 1). По мере распада цементита и гомо­ генизации металлической матрицы при отжиге различие в положении максимумов постепенно уменьшается (кри­ вые 2, 3).

Смещение максимумов интенсивности на фотомет­ рических кривых позволяет заключить, что ферритная составляющая чугуна испытывает заметное сжатие.

Большая степень размытия интерференции указывает на значительную неоднородность a-фазы чугуна до отжи­ га. Столь резкие эффекты в интерференционной картине образцов из магниевого чугуна до и после термической обработки по сравнению с чистым железом следует, повидимому, связывать с присутствием и перераспределе­ нием кремния в твердом растворе.

Как известно, добавление в железоуглеродистые сплавы кремния к a-фазе вызывает уменьшение периода ее решетки. Сопоставление периодов решетки ферритной составляющей чугуна и чистого железа дает основание утверждать, что кремний концентрируется главным об­ разом в феррите. При отжиге происходит распад цемен­

выдержки.

55

Распределение марганца. Принципиальная картина перераспределения карбидообразующих элементов, в том числе и марганца, несколько сложнее, чем распределения кремния. Дело в том, что вместе с тенденцией к гомоге­ низации металлической матрицы в отношении марганца в ходе графитнзацин протекают п процессы перераспре­ деления указанного элемента между твердым раствором и остатками (еще нераспавшегося) цементита. Далее бу­ дут приведены экспериментальные данные, которые в из­ вестной мере расширяют существующие представления о влиянии графитизирующего отжига на распределение карбидообразующих элементов в структуре железоугле­ родистых сплавов. Химические составы опытных плавок указаны в табл. 17. Плавки А и Б относятся к низкоугле­ родистым, а В и Г — к высокоуглеродистым сплавам. Опытные образцы диаметром 12 мм отливали в обычных

вах как с пониженным, так и с повышенным содержанием углерода. Составы опытных плавок были подобраны таким образом, чтобы

56

часть из них не графитизнровалась в условиях отжига (плавки Б и Г). Они отличаются от остальных понижен­ ным содержанием кремния.

Отсутствие графитизации в этом случае позволило выявить самостоятельное влияние отжига на коэффици­ ент распределения и концентрацию рассматриваемого элемента в цементитной фазе. Как и следовало ожидать, отжиг образцов вызывает заметное увеличение концент­ рации марганца в цементите, причем более длительной выдержке во время отжига соответствует повышенная концентрация марганца в цементитной фазе. Объясняется это тем, что сравнительно ускоренное охлаждение образ­ цов в процессе кристаллизации и далее до достижения комнатной температуры приводит к неравновесному рас­ пределению марганца. Концентрация его в аустените (феррите) выше, чем можно было бы ожидать в равно­ весных условиях.

Во время отжига благодаря диффузионным про­ цессам концентрация марганца в цементитной фазе повышается, стремясь достичь равновесного для данных условий коэффициента распределения. Следовало бы полагать, что значительное повышение марганца в остав­ шихся цементитных кристаллах после графитизирующего отжига образцов плавок А и В связано с абсолютным уменьшением цементитной фазы. Однако видно, что в хо­ де графитизации растет не только концентрация марган­ ца в цементите, но и повышаются значения коэффициен­ та распределения. Это совершенно определенно свиде­ тельствует о том, что полученные результаты нельзя объ­ яснить только количественными изменениями фаз. Для выяснения следует привлечь концентрационные измене­ ния в аустените, наступающие во время графитизирую­ щего отжига. Мы имеем в виду данные работ [25]. В них было показано, что образующиеся на месте распавшего­ ся цементита кристаллы аустенита характеризуются по­ вышенным содержанием карбидообразующих элементов. Согласно этим представлениям, перераспределение эле­ ментов, в частности марганца, можно представить схема­ тично, как это сделано на примере доэвтектического чу­ гуна (рис. 26).

Первая схема, данная на рис. 26, а, иллюстрирует распределение марганца между цементитной и аустенит­ ной фазами к началу процесса графитизации, копта за­ родыши графита только что образовались. В соответгт-

57