Главная Процесс термической обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [ 51 ] 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 гласуется ео многими фактами. В частности, форма углерода от-. жига в Ковком чугуне не соответствует форме исходных кристаллов цементита. Доказано, что графитизации белого чугуна на первой стадии состоит в зарождении графита на границе А/Ц и вдали от цементитных кристаллов и росте графита при одновременном растворении цементита в аустените путем переноса атомов углерода через - аустенит от границы А/Ц к границе А/Г. Удельный объем графита в несколько раз больше, чем у аустенита, и поэтому его гомогенное зарождение в плотной металлической матрице маловероятно - слишком велика упругая составляющая Afynp в формуле (24). Дислокации, субграницы и высокоугловые границы малоэф(фективны в качестве мест гетерогенного зарождения графита из-за большой величины Afynp. Как известно, серое олово, удельный объем которого на одну четверть больше, чем у белого, зарождается предпочтительно на открытой поверхности образца белого олова. Естественно, что при графитизации, когда удельный объем новой фазы еще более резко отличается от удельного объема исходной фазы, зародыши также преимущественно возникают на свободной поверхности аустенита. В объеме отливки местами гетерогенного зарождения графита служат несплошности, скопления вакансий, усадочные и газовые микропустоты, микротрещины, разрывы на границе аустенита с неметаллическими включениями из-за разности их термического расширения. Местами зарождения графита могут быть диффузионные поры, возникающие при гомогенизации аустенита. Например, при выравнивании состава аустенита после ухода атомов кремния из обогащенных им участков остается избыток вакансий, образующих поры. Этим предположительно можно объяснить ускорение графитизации под действием кремния, которое происходит, несмотря на то, что кремний замедляет диффузию углерода в аустените. После образования центров графитизации в аустените существует градиент концентрации углерода, так как предельная растворимость цементита в нем выше, чем графита (на диаграмме состояния рис. 69 линия £5 находится правее линии £ 5). Например, если первая стадия графитизации проходит при температуре i* (рис. 89), то состав аустенита на границе с цементитом изображается точкой Ь, на границе с графитом - точкой а. Выравнивание концентрации углерода в аустените делает его ненасыщенным по отношению к цементиту (на границе А/Ц состав аустенита сдвигается влево от точки Ь) и пересыщенным по отношению к графиту (на границе А/Г состав сдвигается вправо от точки а). В результате непрерывно, вплоть до исчезновения, растворяется цементит и растет графит. Кроме переноса атомов углерода через твердый раствор, для графитизации необходим еще один процесс - эвакуация атомов tisrc железа от поверхности растущего графита, чтобы освободить графиту жизненное пространство. К. П. Бунин отметил, что именно этот диффузионный процесс, а не приток атомов, углерода контролирует ско рость роста графитных включений в аустените, так как диффузионная подвижность атомов железа намного меньше чем у углерода. Форма графита зависит от температуры отжига и состава чугуна. Углерод отжига быстрее разрастается вдоль высокоугловых границ и субграниц, так как по ним быстрее отводятся атомы железа. Такое нежелательное разветвление графита усиливается с ростом температуры, и после отжига при температурах выше 1050-1070° С механические свойства чугуна оказываются очень низкими. Этим определяется верхняя температурная граница первой стадии графитизации. Добавки и примеси оказывают сложное влияние на рост углерода отжига. Например, малые добавки магния (~0,1%) обеспечивают рост углерода отжига в компактной форме. При охлаждении чугуна после окончания первой стадии графитизации состав аустенита изменяется по линии ES и из него выделяется вторичный графит. Эту стадию графитизации называют промежуточной. Вторичный графит наслаивается на включения углерода отжига и обычно самостоятельной структурной составляющей не дает. Рис. 89. Участок диаграммы состояния Fe - С со сплошными линиями стабильного н пунктирными линиями метастабильного равновесия (схема) Вторая стадия графитизации Металлическая матрица ковкого чугуна формируется при эв-тектоидном распаде аустенита. Для получения чисто ферритной матрицы охлаждение в интервале температур эвтектоидного распада должно быть медленным (см. рис. 87). Здесь проходит вторая стадия графитизации - аустенит распадается по схеме А ->- Ф + Г. Последовательность структурных изменений на второй стадии графитизации удобно проследить по диаграмме изотермических превращений аустенита в чугуне. На рис. 90 линия ОД - начало образования эвтектоидного феррита, BE - начало образования эвтектоидного цементита, РИ - окончание эвтектоидного превращения и 5Я - окончание графитизации перлитного цементита. Рассмотрим превращения в аустените, переохлажденном до температуры /х- Вначале безынкубационно образуется графит на поверхности имеющихся включений углерода отжига. Начиная с момента, соответствующего точке 1 (линия ОД), наряду с графитом образуется и эвтектоидный феррит, т. е. идет эвтектоидный распад по схеме А Ф 4- Г. Он заканчивается в точке 2 полным исчезновением аустенита. При эвтектоидном распаде графит наслаивается на углерод отжига, образовавшийся в первую и промежуточную стадии графитизации, и феррито-графитный эвтектоид как самостоятельная структурная составляющая в виде дисперсной смеси чередующихся фаз не образуется. Эвтектоидный распад А -> Ф -f Г может идти нормальным и абнормальным путем. При нормальном распаде аустенит все время находится в контакте с образующимися из него ферритом и графитом. На границе с графитом он имеет концентрацию точки g, а на границе с ферритом - точки h (см. рис. 89). Выравнивание состава в аустените приводит к пересыщению его углеродом на границе А/Г, выделению здесь графита и уменьшению концентрации углерода на границе А/Ф, вызывающему у -> а-перестройку - образование феррита. Абнормальное эвтектоидное превраиение начинается в том случае, когда феррит полностью окружает графит и прерывается контакт аустенита с графитом. На границе с графитом феррит имеет состав точки d, а на границе с аустенитом - состав точки /. Хотя градиент концентраций углерода и невелик, но диффузия элемента внедрения в о. ц. к. решетке феррита идет весьма быстро. От гра-, ницы Ф/А углерод переносится к границе Ф/Г, где феррит пересыщается углеродом и выделяет графит, восстанавливая концентрацию, изображаемую точкой d. У границы Ф/А понижение концентрации углерода в феррите (сдвиг состава влево от точки f) делает его ненасыщенным по отношению к ау-стениту и происходит у а-превра-щение с образованием феррита состава точки /. Следовательно, при абнор-мальном эвтектоидном превращении графит выделяется не из аустенита, а из феррита. При температурах выше точки В на рис. 90, т. е. при сравнительно небольших переохлаждениях аустенита (или медленном непрерывном охлаждении), полная ферритизация матрицы происходит непосредственно при эвтектоидном распаде по схеме А -> Ф + Г. При больших переохлаждениях (ниже температуры точки В на рис. 90) становится возможным образование пер- 6 и. и. Новиков 750 \700
1д брепени (с) Рис. 90. Диаграмма изотермических превращений аусте-нита в ковком чугуне, содержащем. %; 2,9 С; 0,88 Si; 0,36 Мп и 0,09S (К. П. Бунин с сотр: |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |