УДК 621.78 Металлургия

Костина Л.Л.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ЧВГ ПРИ УСКОРЕННОМ НАГРЕВЕ

Ч 2. НАГРЕВ ДО МЕЖКРИТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР И АУСТЕНИТНОГО СОСТОЯНИЯ

Основные процессы формирования структур термической обработки и сварки происходят в межкритическом и надкритическом интервалах температур, при образовании аустенита.

В условиях обычных скоростей нагрева в магниевом ЧВГ при температурах межкритического интервала происходит образование аустенита и оттеснение кремния в ферритные области вокруг графитных включений, а также дальнейшее уменьшение пересыщенности эвтектических границ кремнием и углеродом. При нагреве свыше критических температур происходит дальнейший отвод кремния в околографитные участки матрицы. По мере увеличения температуры увеличивается количество аустенита и пересыщенность центральных (околографитных) областей эвтектического зерна кремнием, что делает нежелательным высокий или длительный нагрев данного ЧВГ. В ЧВГ, модифицированном РЗМ, структурные превращения при нагреве в целом аналогичны, но сопровождаются выравниванием исходной неоднородности по кремнию и меньшим дроблением аустенита на высоко- и низкоуглеродистый. Для этого ЧВГ целесообразен более высокий и длительный нагрев.

При изучении структур непрерывного нагрева в эмиссионном микроскопе было установлено, что и в ЧВГ 1, и в ЧВГ 2 не происходит заметного роста зерна аустенита при температурах до 1000-1050⁰С, что подтверждено и при исследовании по общепринятой методике.

В некоторых образцах на значительном удалении от оплавленного металла наблюдается более крупное зерно, структура состоит из феррита с развитой субструктурой и 10-20% мартенсита, иглы которого расположены по границам ферритных зерен и от границы внутрь ферритного зерна по типу структуры Видманштеттена. В участке нормализации наблюдается расположение мартенсита и феррита в соответствии с исходной химической неоднородностью.

В участках, ближайших к участку оплавления (предположительная температура нагрева 950-1000⁰С), на месте ряда графитных включений образуются поры. Происходит это вследствие ослабления межатомных связей в графитном включении. Скорее всего, при обычном нагреве ослабление межатомных связей влечет за собой разрыхление поверхностного слоя графита и отвод отдельных атомов углерода в окружающую матрицу. Создается направленная диффузия, противоположная движению атомов углерода на графитные включения [1]. При непрерывном нагреве этот процесс в ЧВГ весьма незначителен, расстояние отвода намного меньше расстояний, на которые перемещается углерод в пределах эвтектического зерна. В условиях вакуума ослабление связей приводит к удалению поверхностных атомов углерода и образованию пор. Графитные включения шаровидной формы растворяются чаще полностью, иногда по периметру, реже идет частичное растворение отдельными сегментами при наличии сегментарной субструктуры включения в исходном состоянии. Суммарная доля растворившихся шаровидных включений достигает 50-70%, в зависимости от локальных условий нагрева. Растворение вермикулярных включений также возможно по периметру включения, но, как правило, происходит отдельными сегментами. Суммарная доля растворившегося вермикулярного графита не превышает 30%.

При наблюдении в эмиссионном микроскопе поверхности ЧВГ при нагреве и некоторое время после нагрева фиксируется образование легких фаз по границам графитных включений (по характерному свечению). Идентифицировать состав фаз не удалось из-за их дисперсности, малого количества, и, возможно, нестабильности. Можно предполагать образование нитридов, оксидов или карбидов.

Наличие исходной микронеоднородности чугуна приводит к тому, что структуры перегрева, перекристаллизации (нормализации), рекристаллизации располагаются не только полосами по радиусу от зоны оплавления, но и слоями в каждом эвтектическом зерне по мере удаления от графитного включения, что создает хаотическое смешение структур после охлаждения. В таком расположении структур заключается огромное преимущество ЧВГ при сварке: нет достаточно протяженного участка с пониженными по сравнению с другими участками механическими свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Петриченко А.М., Солнцев Л.А., Костина Л.Л., Кропивный В.Н. – Особенности строения и термической обработки чугуна с вермикулярным графитом.- МиТОМ-1983, №10, с.61-63.

2. В.Ф.Грабин, А.В.Денисенко Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей, Киев, Наукова думка, 1978 г., 270 с.

3. Солнцев Л.А., Костина Л.Л., Кропивный В.Н. Пути упрочнения нового конструкционного материала – чугуна с вермикулярным графитом. В сб.: Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий, Запорожье, 1983 г., с. 199.