К.т.н. Гасанли Р.К.

Азербайджанский Технический Университет, Азербайджан

СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ

ТЕРМООБРАБОТАННЫХ ЧУГУНОВ

Дифференциация и идентификация структурных составляющих в нормализованных чугунах связана с определенными трудностями и представляет научный - практический интерес, что обусловлен их решающим влиянием на механические и эксплуатационные свойства. Особенно это касается структур, состоящих из перлита и верхнего бейнита. Даже при максимальном использовании возможностей оптического микроскопа не удается обеспечивать достоверную идентификацию структурных составляющих.

Однако, отсутствие четких границ вторичных зерен и некоторое огрубление структуры позволяет распознать бейнитные участки в перлитной матрице никелевого чугуна. Поэтому были необъяснимы на первый взгляд данные механических и триботехнических испытаний, обнаруживающих значительный скачек ударной вязкости и износостойкости в образцах, подвергнутых нормализации с ускоренным охлаждением по сравнению с образцами этих же чугунов, но прошедшими обычную нормализацию. Структура в них при рассмотрении в оптическом микроскопе представлялась одинаковой – перлит.

При бейнитном превращении в первую очередь образуются и растут иглы феррита. Бейнитный феррит пресыщен углеродом, поэтому в дальнейшем, может происходить когерентное выделение из него -карбидов. Остающийся аустенит обогащается углеродом и стабилизируется. Итоговое соотношение фаз и стабилизация процесса контролируется диффузион-

ными процессами и зависят как от температуры, так и от легирования.

На этом процесс может закончится, но может также происходить распад аустенита на дисперсный эвтектоид по схеме =Ф+СК (силикокарбид). Может происходить и мартенситное превращение в аустените бейнита. Обычно первый механизм развивается в том случае, когда образуется дисперсная смесь (Ф+А). Мелкие участки аустенита очень устойчивы (до 100⁰С) и положительно влияют на свойства бейнитного чугуна.

Если распад аустенита успевает происходить в верхнем интервале бейнитных превращений-образуется дисперсная феррито-карбидная смесь. Наконец, остаточный межзеренный аустенит, не успевший претерпеть феррито - карбидный распад, превращается в мартенсит. Как правило, обе стадии распада четко не разделены во времени, однако такие легирующие элементы как Ni, Mn задерживают вторую стадию превращения и способствуют получению материала с высокой пластичностью и износостойкостью .

Появление вместо аустенита феррито-карбидной смеси либо мартенсита снижает вязкость и пластичность чугуна, повышая его твердость. При изотермической закалке количество аустенита при комнатной температуре можно регулировать изменением длительности выдержки в ванне, что невозможно при получении бейнитного чугуна с помощью непрерывного охлаждения. В этом случае в качестве регуляторов могут служить температура и выдержка при аустенизации, легирование и, конечно, скорость охлаждения .

В кокильных чугунах, легированных никелем, превращение происходит в соответствии с первым вариантом, а именно: на первой стадии в аустените выделяется мелкий игольчатый бейнитный феррит. Образуется дисперсный феррито-аустенитный конгломерат с выделениеми мелких карбидов по межфазным границам. Часть аустенита претерпевает квазиэвтектоидный распад, поэтому структура в окончательном виде состоит из ферритных игл, участков феррито-карбидной смеси высокой дисперсности и остаточного аустенита.

Это объясняет, почему так трудно дифференцировать в никелевых чугунах перлит (сорбит, тростит) и верхний бейнит: большое количество аустенита при данном способе термообработки претерпевает распад по эвтектоидному механизму, а отдельные пластины бейнитного феррита очень мелки, что и определяет схожесть структур при травлении в азотной кислоте и наблюдении их при небольших увеличениях. Образцы этого же сплава (с 2% Ni), но охлажденные с большой скоростью в заводских условиях, приобретают структуру игольчатого бейнита.

Для никель-медистых чугунов морфология верхнего бейнита отличается от рассмотренной выше наличием длинных параллельных игл феррита. Образованием таких игл начинается распад в этих чугунах.

Оставшийся аустенит при доохлаждении претерпевает эвтектоидное превращение. Благодаря такому механизму участки верхнего бейнита в никель-медистых чугунах похожи на перлит, но отличаются наличием ориентировки и четкой линейности. Перлит и бейнит присутствуют в различных соотношениях, однако их взаимное расположение характеризуется часто наблюдаемой закономерностью: перлит составляет центральные части вторичных зерен, а бейнит располагается вокруг них. Это отражает порядок их образования в материале.

В чугунах с большим легированием (либо охлажденных с более высокой скоростью) имеет место превращение . Здесь выделившиеся иглы феррита имеют более высокое содержание углерода и поэтому в них в процессе охлаждения происходит когерентное выделение мелких карбидов. Практически во всех чугунах наряду с нижним бейнитом есть участки верхнего. Безусловно, в бейнитных чугунах имеется значительное количество остаточного аустенита, для обнаружения которого необходимо использовать рентгено-структурный анализ.

Образцы из чугуна, легированного 1,0 % Ni и 0,5% Cu, сечением 10мм, отлитые в песчано-глинистую форму и кокиль подвергали термической обработке на бейнит с различных температур аустенитизации: 870⁰С,

900⁰С и 935⁰С. После 30 минутной выдержки в печи образцы охлаждали под вентилятором. Микроструктура чугуна после такой обработки была сложной.

Результаты исследования подтвердили существующие в литературе сведения о том, что количество аустенита возрастает с повышением темпера-

туры аустенитизации . Одновременно установлено, что в кокильных чугунах превращение происходит с образованием меньшего количества остаточного аустенита. Можно предполагать, что этот эффект связан с меньшей микроликвацией химических элементов, в первую очередь кремния. Обычно остаточный аустенит в большей мере сохраняется вблизи границ эвтектических зерен, где понижена концентрация Si, но повышена Mn, т.к. последний стабилизирует аустенит и где превращение происходит позже по времени.

В кокильных чугунах в силу специфического распределения хими-

ческих элементов при кристаллизации и измельчения эвтектических зерен, марганец сохраняется, вероятное всего, в местах, соответствующих участкам ледебурита литой структуры сплава, а по границам зерен, кремний

распределен более равномерно, чем в чугунах, отлитый в песчано-глинистую форму. Все это предопределяет более равномерное и полное протекание процесса превращения.

Существует мнение, что оптимальное количество аустенита, оцененное по механическим свойствам, должно быть около 8-11% . Именно при этом количестве аустенит обычно демонстрирует высокую стабильность. Исходя из этого, следует считать оптимальной температуру аустенитизации сплава 90010⁰С.

Заключение. Таким образом, проведенное исследование показало, что в бейнитных кокильных чугунах аустенит составляет 3-8% при перлито-бейнитной и 12-14% при полностью бейнитной матрице. Это существенно ниже, чем в традиционно-отливаемых чугунах, что объясняется более равномерным химическим составом кокильных чугунов, а также использованием в опытах сплавов с исходной ферритной металлической основой и невысоких (90010⁰С) температур аустенитизации при термической обработке.

В связи с возможностью работы задвижек в условиях отрицательных температур необходима проверка аустенита и бейнита на устойчивость. Такая проверка проводилась с помощью глубокого охлаждения чугуна с бейнитной структурой (до –40⁰С). Анализ содержания аустенита в этих чугунах после обработки их холодом при такой температуре показал, что аустенит в никелевом (2%Ni) чугуне сохранился (рис.4). В никель – медистом сплаве аустенит после обработки холодом не был обнаружен (рис.5).

Литература:

1. Лернер Ю.С., Гетьман А.А. Исследования структуры и свойств отливок из магниевого чугуна, легированного медью // Прогрессивная технология литейного производства (чугунное литье). Сборник, Горький, ПТГИИ, 1999, с.97-105

2. Гасанли Р.К. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Баку, Наука, 1998, 203с.

3. Марковская Л.И. Исследование устойчивости аустенита, образовавшегося в поверхностных слоях при трении высокопрочных чугунов. Литые изностойкие материалы. Киев, Наукова думка, 2000, с. 45-58

4. Петриченко А.М., Солнцев Л.А. Повышение свойств магниевого чугуна //Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Сборник. Киев, 1994, с. 115-125

Сведения об авторе

1. ФАМИЛИЯ – Гасанли

2. ИМЯ – Рамиз

3. ОТЧЕСТВО – Камандар оглы

4. Телефон – 539 12 18 (раб), 496 34 15 (дом), 055 787 24 77 (моб)

5. Гражданство (страна) – Азербайджан

6. Название статьи - Структура и фазовый состав термообработанных

чугунов

7. Номер науки – Технические науки- «Отраслевое машиностроение»

8. Количество страниц в статье – 5

9. Польное название учебного заведения – Азербайджанский

Технический Университет

10. Должность – доцент

11. Ученая степень – кандидат технических наук

12. Подробный адрес, для пересылки Вам журнала со статьей – АЗ 1073,

Баку, пр. Г. Джавида, 25 АзТУ

13. Электронный адрес автора – hasanli_dr@mail.ru