Технические науки/1.Металлургия

К.т.н., доцент Габельченко Н.И., Жильцов А.В.

Волгоградский государственный технический университет, Россия

Особенности характера микрохимической неоднородности кремния в низколегированных сталях.

Микрохимическая неоднородность стали впервые начинает проявляться при охлаждении расплава вблизи температуры ликвидуса, развивается при кристаллизации и уже не исчезает при охлаждении затвердевших отливок.

Рассмотрим проявление микроликвации компонентов на примере низколегированной стали 45ФЛ[1] табл. 1:

Таблица 1. Проявление микроликвации компонентов низколегированной стали 45ФЛ.

Участки первичной структуры	Содержание, %
	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	V
Дендриты(феррит)	0,65	0,61	0,17	0,23	Нет закономерности
Междуветвия(перлит)	0,54	1,01	0,21	0,19

Из приведенных данных следует, что в среднеуглеродистых сталях заметную ликвацию проявляют только марганец и кремний. Некоторые элементы проявляют лишь признаки ликвации, так хром обнаруживает признаки прямой, а никель — обратной ликвации. А для других элементов и вовсе не выявлено закономерности

Марганец всегда ликвирует прямо, а относительно кремния такой определенности нет. Из диаграммы состояния Fе – Si следует, что в бинарных сплавах кремний вплоть до его содержания 20 % обогащает жидкую фазу. Однако из работы Жукова[2] известно, что в углеродистых композициях Fе—С—Si направление микроликвации кремния при определенном содержании углерода изменяется.

Однако для принципиального признания существования в системе Fе—С—Si сплавов с различным распределением кремния между жидкостью и первичной твердой фазой необходимо определение концентрационных границ прямой и обратной микроликвации этого элемента, так как по этому вопросу нет единого мнения (по данным японских исследователей[3] прямая ликвация распространяется на все углеродистые стали, а по данным Я. Н. Малиночки[4] – на стали и доэвтектические чугуны).

В связи с этим представляло интерес выполнить исследование микроликвации кремния в реальных углеродистых и низколегированных сплавах. Для этого были отобраны образцы с различным содержанием углерода.

Оценку микроликвации кремния осуществляли применением качественного метода контроля: путем цветного травления в кипящем растворе пикрата натрия[5]. Вследствие образования поверхностного слоя оксида кремния различной толщины наблюдаются ясно выраженные цвета побежалости табл. 2.

Таблица 2. Цвета и толщины поверхностного слоя окиси кремния, образующиеся при травлении в кипящем пикрате натрия.

Содержание Si,%	Цвет слоя	Толщина слоя, мкм
0,72	Не окрашен	100
1,42	Желто-зеленый – желтый	430
2,26	Красный-пурпурный	510
3,36	Фиолетовый	560
4,15	Фиолетовый	560
4,70	Фиолетовый	560

Сопоставляя толщины слоев окиси кремния в дендритных ветвях и междуветвиях качественно определили характер микроликвации кремния в исследуемых образцах, табл.3.

Таблица 3. Характер микроликвации кремния в исследуемых сталях.

сталь	состав	Ликвация кремния
09Г2С	0,09%C, 1,78%Si	Прямая
20Л	0,15%C, 0,45%Si	Прямая
35Л	0,34%C, 0,45%Si	Обратная
45Л	0,48%C, 0,45%Si	Обратная
60ГС2	0,59%C, 1,84%Si	Обратная

Таким образом, выявлено, что в стали с содержанием углерода до 0,15 % кремний ликвирует прямо, а в сталях с содержанием углерода более 0,34%— обратно. Более точное определение концентрационных границ, требует серию дополнительных экспериментов. Именно в интервале концентрации углерода от 0,15% до 0,34% происходит смена механизма микроликвации кремния с прямого на обратный.

1.Ильинский В.А. Дендритная ликвация элементов и структура перекристаллизации нормализованной стали 45ФЛ // Металлы №6, 1998, с.122.

2. Жуков А.А. Геометрическая термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1979, с. 232.

3. Morita L. Distribution of solute elements between solid and liquid phases in iron-carbon base ternary alleys // J. Iron and Steel inst. Japan (Tetsubo – Hargane). V 70, № 11, P 1575-1589.

4. Малиночка Я.Н. Характер микроликвации кремния в сталях и чугунах // Изв. Вузов. Черная металлургия № 7, 1962, с.165-171.

5.Беккерт М. Способы металлографического травления: Справочник: Перевод с немецкого, Металлургия, 1988, с. 152-153.