автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Особенности энтектической кристаллизации высокохромистых чугунов и выбор их составов, обеспечивающий высокие служебные свойства отливок

Державна металургійна академія України

На правах рукопису Іонова Людмила ІОріївна

ОСОБЛИВОСТІ ЕВТЕКТИЧНОЇ КРИСТАЛІЗАЦІЇ ВИСОКОХРОМИСТИХ ЧАВУНІВ ТА ВИБІР ІХ СКЛАДІВ . ЗАБЕЗПЕЧУЮЧИЙ ВИСОКІ СЛУЖБОВІ ВЛАСТИВОСТІ

ВІДЛИВОК

Спеціальність 03.16.01> Металознавство та термічна обробка металів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук

Дніпропетровськ

1996

Дисертація є рукописом Робота виконана на кафедрі металознавства Державної металургійно: академії України (м.Дніпропетровськ).

Науковий керівник

Офіційні опоненти

академік НАН України, доктор технічних наук, професор Таран Юрій Миколаєвич доктор технічних наук .професор кафедри

металофізики Дніпропетровського державного університету Спірідонова Ірина Миколаївна,

Провідне підприємство :

кандидат технічних наук,завідуючий відділом фізичного металознавства 1ЧМ НАН України Лучкін Володимир Сергійович

Дніпропетровський завод металургійного устаткування

^Захист' відбудетья “ /~£ ” 1996р. в

7 >0 'і*~>годин на засіданні спеціалізованої ради ДОЗИОІ при Державній металургійній академії України за адресо»: 320635 м.Дніпропетровськ, пр.Гагаріна, 4. ■

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державної металургійної академії України.

Ачтореферат розісланий “ /-5~ ” 1996 р.

Вчений секретар Ради .

доктор технічних наук,професор Сафьян М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнісп» роботи. Основою для вначноТ частини сортаменту спеціальних сталей та білих зносостійких чавунів служить система Ре-С-Сг . Завдяки гарним службовим властивостям і економічності високохромисті сплави знаходять все більш широке застосування у виробництві деталей змінного металургійного обладнання з відливок. У зв’зку з цим дослідження процесів формування Тх структури при кристалізації і підсолідусних температурах має не тільки теоретичне,але й прикладне значення.

В той же час суперечні думки про ліквідусну поверхню діаграми Ре-С-Сг примушують очікувати кристалізації різних по типу та рівню стійкості карбідів хрому в області складів багатьох широко вж'шаємих високохромистих чавунів і сплавів. Між тим,морфологія

високохромистих карбідів і еатектик на їх базі відріаняють^Г^ід другої не менш, ніж від цементита. Крім того залишаються не визначеними області існування метастабільних карбідних евтектик та їх можливих переходів у стабільний стан.а значить не повністю використовуються можливості керування структуроутворенням,які дозволяють цілеспрямовано

підвищувати службові властивості відливок. ' .

Мета роботи полягала у вивченні механізмів формування структури високохромистих залізовуглецевих сплавів і у практичному застосуванні отриманих результатів до поліпшення службових властивостей відливок і* високохромистих чавунів.

Наукова новина. Запропонована процедура визначення у трикомпонентних системах областей та умов існування(або співіснування ні стабільними) метастабільних подвійних ептеїсчк.не відображаємих на існуючих діаграмах стану. _

Доказана неможливість проходження перітектико-евтектичної реакції Р+М2зС6 Й +М,С, у системі Ре+С+Сг, при цьому -виявлена нерівноважна перітектико-евтектична реакція Р+ МїСу —•"

0( + МгзС*, яка не відноситься ні до стабільної^, ні до метастабільної . « ' діаграми.

Визначені області часткової та повної метастабільності карбіду М7С3 відносно до двох карбідів: Мг^С^ та М3С.

Побудована гіпотетична діаграма метастабільної рівноваги у системі Ре+С+Сг, відображуюча утворення евтектики на базі карбіду М3С2.

У сплавах системи Ре+С+Сг зі співвідношенням Сг/С>15 виявлені закономірно розташовані у обсязі відливок області з високохромистнми евтектиками різного рівня стійкості, а також структури типа полоеинчатих.у яких співіснують стабільний карбід М2зС6 та метастабільним карбід М7С3.

Досліджено розподілення ванадія між фазами високохромистого чавуну, а також розподілення СгД'.Мп.Бі та АІ у фазах хромованадійоього чавуна. -

Встановлені деякі загальні закономірності формування структури прискорено олодікених евтектичних сплавів.

Практична цінність та реалізація рсдультатів роботи. Грунтуючись на отриманих у роботі даних про формування структури високохромистих карбідних евтектик.обгрунтован вибір стабільної та двох метастабільних діаграм Ре+С+Сг,маючих велике значення для багатьох практичних питань металознавства, зокрема для розробки нових матеріалів,та вибіру режимів їх термічної обробки. Застосування виявлених загальних вакономірносгеи формування евтектичних структур при прискореному охолодженні дозволяє прогнозувати утворення складних нерівноважних структур в різних евтектичних системах і тим самим значно знизчиги кількість експериментів, необхідних для визначення кінцевої структури цілої серії сплавів різного складу. Вивчення розподілення додаткових легуючих елементів у фазах хромовонадійового чавуну дозволяє раціонально використовувати їх в промислових відливках.

. Розроблен варіант оптимального' комплесного легування високохромистого зносостійкого сплава для деталей завантажуючого обладнання домсних гіічей, працюючих в умовах значних ударних навантажень. Відповідно до долевої участі гетера економічний ефект від провадження результатів розробок на Челябінському металургійному комбінаті ссстазив 25 6 /мс.карбованіїш (в цінах 1968 р.).

Аго №>$ ит, Матеріали дисертації доповідалися та

о6гозоркіай,,»і:-і. кі: респуйліьлііській науково-технічній конференції

“Підвищення якості відливок металургійного устаткування та ефеїісгнвності технологічних • процессіа їх виробництва” (ДніпропетроасйК,1978р.); республіканському науково-технічному семінарі

з

“Процеси плавки ливарних спланів”(Київ,1979р.);1І Всесоюзній

науковій конференції “Закономірності формування структури сплавів евтектичного типа” (Дніпропетровськ,1982р.); X Українська

республіканська науково-технічна конференція “Підвищення якості аналітичного контролю матеріалів металургійного виробництва в XII п’ятирічці’ (Дніпропетровськ,1986р.);республіканському науково-технічному семінарі “Хром-88” (Кшв,1988р.); науковому семінарі

кафедри металознавства Державної металургійної академії України.

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 6 друкованих роботах.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається я вступу, 7 глав,висновків, списку літератури (94 назвії) та додатків. Робота містить 116 сторінок друкарського тексту,60 малюнків,17 таблиць. Обсяг додатків складає 13 сторінок.

Особистий вклад автора. Усі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно, зокрема ті, -котрі складають загальні висновки та наукову новину.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовані актуальність роботи, її мета.викладена наукова новина та основні положення,які виносяться на захист.

У першій главі проведений аналіз літератури, що присвячена предметові дослідження, на основі чого сформульовані задачі роботи.

У другій глааі викладена методика досліджень і розглянуті вивчені матеріали.

Об'єктом дослідження служили сплави системи Ре+С+Сг я вмістом хрому від 10 до 83% і вуглецю від 1 до 4%, котрі виплавляли я чистих і особочистих шихтових матеріалів в індукційній печі МВП-ЗМ,печі Таммана та вакуумній печі СШВЕ 1.2.5/25Н2. Перегрів розплаву складав 100-150 С. В залежності від дослідницьких задач охолодження сплавів здійснювалось різними спосібами в * інтервалі швидкостей охолодження від 0.2 .К/с до 100 К/с. При охолодженні 9 високою швидкістю розплав методом вакуумної екстракції затягався у кварцеві трубочки, при повільному охолодженні кристалізувався в алундовнх тиглях

остигая разом в печчго. Розливання розплаву проводилося в ізложниці різної форми і матеріалу, ч основному в кварцеві циліндрові і сталеві клиновидні.

Для вивчення процесу кристалізації в умовах,наближених до рівноважних,вастосувався метод гартування з твердорідиного стану.

Мікроструктурний аналіз проводився на оптичних мікроскопах “Nu-2”,“Neophot-21“,“Epitip“,“Vertivar,“Axiomat“ германських фірм “Opton” та “Zeiss”. М! кроструктуру виявляли тепловим та хімічним травленням. Найбільш ефективним виявипся дещо змінений реактив Гросбека, до якого було розроблено власну методику травлення. Растровий електронний мікроаналіз проводився на мікроскопі “JSM-35" японської фірми “JEOL”.

Якісний та кількісний рентгеноспектральний мікроаналіз здійснювався на приладі MS-46 французької фірми “Сашеса".

Рентгеноструктурний аналіз проводили на днфрлктомегрі ДРОН-2,0 в Си К с* випромінюванні а фокусуванням аа Бреггом-Бретано. -

' Математична обробка експериментальних даних проводилась на ЕОМ НР-9835А (амеріканська фірма Heulett-Paccard) в використанням її стандартного математичного забезпечення.,

Тостя глава присвячена використанню діаграм стану для фазового аналізу евтектичних сплавів,які кристалізуються при прискореному охолодженні.

За допомогою, графічного методу екстраполяції рівноважних фазових границь розглянуто два питання. По-перше, вивчалися структури, утворені в результаті двофазної евтектичної кристалізації, в котрих співіснували стабільні та метастабільні фази, які не знаходились о рівновазі одна з одно» (далі звані структурами типа половинчатих) та використовувались понят .Іп-тсмпературний інтервал між стабільним і метастабільним ліквідусамн первинних ведучих фаз і Д te - між стабільною та метастабільною евтектичними горїшонталкмм. Порівняння політермічних перетин цієї системи, s к",»т$лй утворюється обмежено метастабільна фаза і простої еатсігжчої системі;, в котрій утворюється нова метастабільна . ф&зд, BKRBtVa.4 з їйаьі).і ін^ормкт№>!Им, ніж застосований раніше облік pisHoeri ^лічіаіиасті шрвй'ших фаз ^шжло рівня стійкості в ’ізотермічних умовах.

Пок&зано.що тіоретично у гаевтектнчному сплаві при угворенні однієї метастабільної фьзи можлизо формувр.ніія 7 різних варіантів структури

типа половинчатої . Конкретно реалізуємі при литті варіанти залежать від співвідношень між д Ьі і Д Іе. В свою чергу ці інтервали при фіксованому складі сплава залежать від кута нахилу метастабільного ліквідуса ведучої фази. ' .

В загальному випадку при утворюванні нової метастабільно! фави більш імовірне формування таких типів “половинчатих" структур, у яких кристалізації метастабільної евтектики і стабільної первинної 1 фат віддається перевага, а при утворюванні обмежено метастабільної фази -напроти, стабільної евтектики і метастабільної первинної фази. .

По-друге, були розглянуті метастабільні подвійні евтектики, котрі у . багатокомпонентних системах можуть бути утворені не тільки безпосередньо а результаті метастабільного евтектичного яатверднення. Джерелом утворення метастабільної евтектичної структури може бути і незавершеність при прискореному охолодженні стабільних чотирифазних реакцій II класу, пов’язана з повільним плавлінням утворених при попередній кристалізації фаз. •

Стабільні подвійні карбідні евтектики, що потрапляють до зони повільно приминаючих перітектико-евтектичних реакцій, за формулою яких утворюється новий тип карбіда(тобто в зону реакції Р+ К| ~^ ® +К2), опиняються метастабільними нижче площини рівноваги при умові великого ступеня незавершеності' реакції. Границі існування цих метастабільних евтектик можуть бути виявлені шляхом екстраполяції стабільних фазових границь трифазної евтектичної області у розташовані нижче підсолідусні області. При цьому метастабільні області такого типу не поширюються цілком на увесь обсяг нижчележачих стабільних областей, що і являється однією в причин, по котрій вони не відображуються в метастабільних діаграмах. Крім того, після неповного проминання реакції метастабільні (нерозчинені) евтектики співіснують зі стабільними в цих же екстрапольованих границях. В цих же межах можлива і трансформація евтектичного метастабільного карбіда в стабільний. '

У випадку більшого ступеню незавершеності чотирифазної реакції в усіх сплавах, потрапляючих після яатверднення у тверд офаз ну трифазну область, евтектика, що раніше виділилася по трифазній реакції, буде частково метастабільною, а в сплавах, потрапляючих до двофавної області

- повністю метастабільною.

. б

У четвертій главі проведек аналіз фазових рівноваг у системі Ре-С-Сг.

Для перевірки типу первинної і евтеїггимної кристалізації карбідних фаз в умовах , близьких до рівноважних, досліджувались можливо більш повільно затвердненні сплави • N1-17, склади яких охоплювали різні первинні області на проекції ліквідуса діаграми Ре-С-Сг.

Було показано, що в залежності від складу сплава утворюються різні типи рвтєктичних хромистих карбідів: або М2зС$ або М7С3 або ж обоє типів карбідів одночасно, чого не можна пояснити зокрема ні за допомогою стабільного, ні за допомогою метастабільного вариантів потрійної діаграми. . .

Металографічний та рентгенівський аналіз сплавів N7 і 8 підтвердив,що в них у литому стані карбід МгзСб відсутній, але з’являється після відпалу при 1000 С, що свідчить на користь стабільного варіанта потрійної діаграми. -

Вибір метастабільного варіанта діаграми, відображаючого утворення евтектики на базі карбіда М7С3. полягав у з’ясуванні наявності або ' відсутності на ній області виділення, первинного карбіда МгзС^ Достатніми експериментальними доказами на користь її відсутності були:

1) виділення надмірного і евтектичного карбіда МгзСь нижче наявних

в літературі варіантів первинної області його існування;

2) утворення метастабільного карбіда М7С3 у сам! й короткій я цих областей;

3) підтвердження відсутності реакції Р+МгзС^

. ОС + М7С3 (1)

Стр. істура сплавів N15. і N18...21 підтвердила положення першого та другого пунктів. Однак найбільш переконливим доказом служив третій пункт.

Дійсно, на. сьогодняшній день немає ніяких експериментальних свідотцть існування реакції (1), котра дотогож теоретично неможлива з ■ ряду причин:

а) по перітестико-їіяектичній реакції не може утворюватися

мегаегеїільїіа мгектика в карбідом, записаним у правій частиш як було покпвлно в попередньому розділі;

б) аж'ст грому у карбіді повинен бути вищім, ніж у

карбіді М7С3 що не відповідає дійсності;

в) реальна мікроструктура діаметрально протилежна очікуваній по реакції (1).

Для пояснення особливостей мікроструктури ряду високохромистих сплавів запропонована реакція Р+ І^С}-* ОС + М23С5 (2),котра

дозволяє правильно врахувати:

1) послідовність утворювання карбідних евтектик; ■

2) підплавління первинних і евтектичних карбідів М7С3 та утворювання на них евтвктики на базі кубічного карбіду;

3) перітектоідну реакцію М7С3 + ОС —'■"МгзС^ ;

4) мікроструктурну схожість зі сплавами,у яких проминання перітектико-евтектичних реакцій 'доказана.

Припущення про існування реакції (2), котра може бути названа нерівноважною, досіггь незвичайне, бо вона не відносіггься ні до стабільної, ні до метастабільної діаграми. Рідина, з якої кристалізується евтектика на базі карбіду М23С5 , недосичена вуглецем, що

підтверджується мікрорентгеноспектральним аналізом тонкої щільної евтектики. Це положення (про дефіцит вуглецю) дозволяє графічно зобразити схему реакції (мал.1).

Ураховуючи наведені вище докази, можна вважати установленим, що області первинного карбіду МгзС^ на метастабільній діаграмі не існує. Зроблений вибір метастабільного варіанту дозволив визначити температурно- концентраційні області можливих переходів метастабільного карбіду М7С3 у стабільний карбід М23С4 та показати їх у ізометрії, а також виділити ті я них, у яких карбідне перетворення не буде іти до кінця.

У системі Ре-С-Ст ті області, в яких по стабільному варіанту діаграми • можливо існування обох типів карбідів, а при кристалізації утворився тільки карбід М7С3, можно віднести до областей з частковою метастабільністю (в них карбідне перетворення буде торкатися тільки тої частини карбіду М7С3, котра виділилась замість карбіду М23С5 ).

Області, о яких по стабільному варіанту повинен виділитися лише тільки один тип карбіда - М23С6, а при кристалізації утворився карбід М7С3 . являються областями повної (100%) метастабільності.

Схема утворення нерівноважної пєрггектико-евтектичної реакції Р+М7С3-» (X +М23С6

Мдл.І

Однак карбід М7С3 може бути метастабільним і відносно до карбіду М3С . Це може виникати при незавершеності стабільної реакції Р+ М7С3 + М}С у межах, окреслених екстраполяцією границь трифазної області Р+ У + М7С3 у" нижчслежачі твердофаяні області. Причому у двофазній області карбід МуС) повністю метастабілен, а у трифазній -частково. •’

З літератури звісно,що у ставах з вмістом хрому 7...30% була одержана, при високій швидкості охолодження, евтектика на базі карбіду М3С2 . Відобразити її кристалізацію можливо за допомогою побудованої у роботі діаграми більш високого рівня метастабільності, гіпотетична поверхня ліквідуса якої здобута поширенням метастабільної реакції Р (Сг)+Сг5С2 подвійної системи Сг-С на потрійну.

У п’ятій главі розглянуті особливості формування структури ви- . сокохромистих карбідних евтектик.

Вивчення впливу швидкості охолодження на процес кристалізації проводилося на сплавах N22...26, в яких при постійному вмісті хрому (31%) змінювався пміст вуглецю. Сплави кристалізувалися у кварцевих стаканчиках на повітрі та у сталевих клиновидних іяложннцях. По мірі зменшення співвідношення Сг/С здійснювався перехід від наявносгі у відлиоках двох типів еетсктик (з перевагою стабільної) до формування повністю метастабільної структури. Аналогічним чином одночасно зі зменшенням співвідношення Сг/С у заевтектичних сплавах відбувався перехід до виділення метастабільного первинного карбіду замість стабільного. ‘ .

В обсязі відливок спостерігався закономірний характер у розподілі зон зі стабільною і метастабільною евтектиками, подібний існуючому у нелегованих чавунах. ■

У випадку зонального розподілу у циліндричних відливках, утворення зони з метастабільною евтектикою на базі карбіду М7С3 з поверхні, гіри наявності стабільної евтектики на базі карбіду МгзС^ у серцевині, “можна порівняти з відбілежмо відливкою. Утворення стабільної евтектики з поверхні, а метастабільної - у середині подібно до того, що спостерігається у відливках з оберненим відбілом. Тонка поверхова кірка стабільної евтектики аналогічна сірій кірці в нелегованих чавунах. . •

Навколо ділянок стабільної евтектики в обсязі в'їдливої утворювалася кайма, в якій відбувалася самосвавільна трансформації метастабільного карбіду у стабільний. Зони самосвавільного карбідногс перетворення існували і самостійно, поза зв’язком зі стабільнок евтектикою. При відпалі або у процесі охолодження після затверднешм відбувалася псевдоморфоза стабільного карбіду по метастабільному, прк якій хімічии склад первинного або евтектичного карбіду відповідав стабільному, а морфологія зберігала метастабільні риси.

При традіційних швидкостях охолодження формування структур типа половинчатих в результаті евтектичного затвердения спостерігалося і в мікроструктурі ряда сплавів яі співвідношенням Сг/С >15. Однак для їх отримання в різних сплавах потребувалися різні швидкості охолодження (ступені переохолодження). При цьому базова система Сг-С предвиэначала формування “половинчатих" структур цілком визначеного типу, а саме таких, в яких кристалізація первинної стабільної карбідної фавн переважується легше, а стабільної евтектики - складніше, оскільки ДІ між лідаідусами первинних фаз менш, ніж Д І між евтектиками. Стабільне } фазою являвся карбід МгзС^. .

У системі Ре-С-Сг можливо також утворення “прихованих” різновидів “половинчатих” структур, при якому частина карбідної фази одного й того . ж типу е стабільною, а друга частина - метастабільною. Це може відбуватися тільки о областях часткової метастабільності карбіда М7С3 і було показано на прикладі сплава N7.

В шостій главі вивчен міжфагний розподіл елементів та проведен вибір оптимального складу високохромистого зносостійкого проти спрацювання чавуну. ’

Механічні, та службові властивості відливок в значній мірі залежать від розподілу легуючих елементів між фазами чавуну. Удосконалюючи схему легування можно вплинути у вибраному напрямку не тільки на твердий розчин, але і на первинну структуру, аж до зміни типу карбідної фази. Тому у сплавах N28...46 був вивчен розподіл V від 0 до 5% у хромистому чавуні; розподіл Бі від 0 до 4%, А1 від 0 до 5% і Ми від 0 до 12% між фазами хромовованадійоиою чавуну, а також вплив У.Бі.Мп і А1 на розподіл хрому між карбідом М7С3 та твердим розчином. о

Вибір оптимального складу для праці о умовах абразивного зносу і ударних наклнтажень проводився а трьох марок комплексно-легованих

іавунів з вмістом 1,5...2,0%С • і 2,2...2,4%Сг, котрі вивчались у •арггованому, нормалізованому, відпаленому 5 наклепаному стані. При $ьому чавун, додатково легованим 2%У, показав досить аисоку іікваційну однорідність та підвищену пластичність, пояснюючуюся іеретвореиним евтектичного метастабільного карбіду М7С} в стабільний ;арбід М2,С6. Наклеп у цьому сплаві приводив до відокремлювання та ірагментації тонких карбідних гілок оез зруйнування і тріщиноутворення. • В сьомій главі наведені деякі загальні закономірності труктуроутворення евтектичних сплавів при прискореній кристалізації. Особлиаості формування структури високохромистих сплавів аналізувань у порівнянні зі структуроутворенням швидкоохолоджсннх сплавів ругнх евтектичних систем, в основному АІ-С5е і Ре-С, що дозволило формулювати ряд загальних закономірностей, спостерігаємих у процесі їх атвердненш: '

а) по мірі збільшення швидкості охолодження при - затвер-дненні в евтектичних сплавах одного й того ж складу можливо послідовне утворення метастабільних фаз різного рівня стійкості;

б) умовою співіснування стабільних і метастабільних фаз у .

макро- і мікроструктурі в результаті двофазного евгектич-

, ного затвердимся - Г;іичк5сть евтектичних точок (тальоегів) • . стабільного і метастабільного евтектичних рівноваг;

п) в обсязі однотипні!.: відливок при однакових умовах

затнерднення спостерігається закономірний хараіггер взаємного розташування областей з езтскт яками різного рівня стійкості, внзначг^мий умовами тепловідведення;

г) при охолодженні відбувається самосвавільна трансформація метастабільних первинних і евтектичних фаз у стабільні фази;

д) визначені умови приводять до псевдоморфози стабільної евтектики по метастабільній ;

е) на утворення метастабільної структури опливає ступень евтектнчності;

ж) у багатокомпонентних системах можуть існувати області • стабільної рівноваги між фазами, здатними в інших умовах утворювати структури типа половинчатих;

я) в результаті незавершеності стабільних перітектико-евтектичних реакцій можуть бути утворені структури типа половинчатих, якщо у правій та лівій частинах реакції беруть участь різні карбідні фази.

_ ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Блиякість стабільної та найблизчої а метастабільних евтектични точок (тальвегів) сприяє формуванню мікроструктур типа половинчатш конкретно реалізуєм! варіанти яких залежать від кута. нахил

метастабільного ліквідуса ведучої фази та від віддаленності складу сплав від евтектичної точки. В обсязі відливок при цьому розподіл областей еятектиками різного рівня стійкості носить закономірний характер визначаємий умовами тепловідведення.

2., В системах Ре-С-Карбідоутворюючий елемент мажуть існуват області метастабільних подвійних карбідних ецтектик, не відображаємі н метастабільних діаграмах. Таю метастабільні евтектики можуть бут утворені а сплавах, котрі після стабільної

. двофазної евтектичної кристалізації потрапляють в зону повніст» незавершених стабільних перітектико-евтектичних реакцій, по формулі яки утворюється новин тип карбіда. При цьому метастабільні області і існування, які визначаються ва допомогою графічної екстраполяції, н поширюються цілком на весь обсяг нижчележачих стабільних областей.

- . По конодній площині перітектико-евтектичної рівноваги можи, завчасно провістити: температурно-концентраційні границі можливоп перетворення метастабільних евтектик, стабільний продукт перетворення кількість перетвореної фази для кожного сплава.

. Після неповного, часткового проминання чотирифазної реакці метастабільні евтектики співіснують зі стабільними в цих же областях.

3. При визначених умовах затверднення в ряді сплавів Ре-С-Сг я співвідношенням Сг/С>15 спостерігаються:

- зональний розподіл областей зі стабільною .і метастабільної* еатектиками в мікрообсязі відливок, подібний до спостерігаемого ; нелегованих-підбілених відливках та у відливках з оберненим відбілом;

13 .

- мікроструктури типа половинчатих, причому такі їх варіанти, у яких кристалізація первинної карбідної фази в стабільній формі переважується легше, а стабільної евтектики - складніше, що предвизначається базовою системою Сг-С; .

- самосвавільна трансформація метастабільної карбідної фази у стабільну. При цьому, як і у випадку спеціальної термічної обробки, стабільний ка^д успадковує форму .етастабільного. ■

Стабільною фазою є карбід М^зС^, метастабільною - карбід М7С3.

4. Оигручтоваи вибір стабільного варіанту діаграми Ре-С-Сг і метастабільної діаграми 1 , по котрій кристалізується евтектика феріт-карбід М;Сз . Побудована гіпотетична метастабільна діаграма II більш високого ріпкя метастабільності, відбиваюча утворення евтектики на базі карбіду МіСг. Таким чином, кристалізація високохромнстих карбідних евтектнк у системі Ре-С-Сг може відбуватися по стабільній діаграмі рівноваги та двум мет астабільним.

5. Показана неможливість проминання в системі Ре-С-Сг реакції Р+МІЗС6 & т- М7С3 , яка суперечить утворюваній при литті мікроструктурі. Віжтена реакція, у який приймають участь ті ж фаяи, але карбіди угдорго; >т .и. а протилежній послідовності. Це нерівнсшажна перітектико-ептектичпа -.ікція Р+М7С5 <Х +М23С4, яка не

відноситься ні до стабільної, ні до метастабільної діаграм. Облік дефіциту вуглецю п рідині, з якої утворюється стабільна езтектика, девполиа графічно і образити схему формування чотирнфавної площини реакції.

6. У відливках з високохромнстих чавунів і сплавів карбід М7С3 ' може бути мегастабілен відносно до двох карбідів : МуС^ і М}С. Визначені області його часткової та повної метастабільності відносно до цих карбідів. В областях Р+ У + МззС6; У + М^С^; $ +■ <Г + М23С4І (X -1-М2зС6; Р+М23С6 і Р+ (X + М23С4 карбід М7С3 позністю мегастабілен відносно до карбіду МгзС^; в областях МгзСб+ М7С3; Р+ М2зС4+ М7С3 і !р +М23С6+ М7С3 - частково мегастабілен. Ці області зображені о ізометрії. '

В області У +М3С+ М7С3 карбід М7С3 буде частково, а в областях Р+ У + 1М3С і І? + М3С - повністю мегастабілен відносно да карбіду М3С. . •

7. У високохромистому чавуні коефіцієнт розподілу ванадія між карбідом М7С3 і аустенітом складає приблизно 9.

У хромованадійовому чавуні Бі і А! розчиняються тільки в аустеніті. Коефіцієнт розподілу Мп між карбідом М7С3 і аустенітом у

хромованадійовому чавуні практично не відрізняється від одиниці.

Вміст хрому в карбіді М7С3 звищується Бі.АІ і Мп. V знижує вміст хрому в М7С3 : 1% ванадію вменшує долю хрому в карбіді приблизно на 2%.

8. Порівняльний аналіз систем Ре-С-Сг, АІ-Єе, Ре-С і дяких інших дозволив встановити ряд загальних закономірностей, спостерігаємих у структуроутворенні евтектичних сплавів при прискореній кристалізації.

9. Обгрунтован вибір оптимального складу високохромнстого комплексно-легов&ного чавуна. Ліпши результати по всім дослідженим структурним параметрам показав сплав, додатково легований ванадієм. Висока енергоемкість руйнування дозволила рекомендувати його в якості зносостійкого матеріале для деталей завантажувального механізме домених печей, випробуючих в процесі роботи значні ударні навантаження.

Відповідно до долевої участі автора, економічний ефект від впровадження хромованадієвого сплава на Челябінському металургійному комбінаті составив 23,6 тис.крб.(в цінах 1988р.).

' ' Основам вміст дисертації опубліковано в роботах:

1. Распределение легирующих элементов в хромистом чугуне / Ионова Л.Ю., Калинушкин Е.П., Иванов В.Х., Савич А.И.// Повышение качества отливок металлургического оборудования и эффективности технологических процессов их производства: Тея.докл.науч.-техн.конф. -Днепропетровск,1978.-С.47-48.

2.’ Огбслнваемость высоколегированных чугунов. / Потапов В.А., Дукельский Ю.М., Ионова Л.Ю. и др.// Повышение качества отливок метдллургическсФо оборудования и вффективности технологических процессов их производства: Тея.докл.науч.-техн.конф. -

Днепропетровск,1978.-С.48-49. .

3. Распределение легирующих алементов в хромованадиевом белом чуіуне / Ионова Л.Ю., Калинушкин Е.П., Иванов В.Х. и АР-// Процессы плавки литейных сплавов.-Киев: ИПЛ АН УССРД979,-С.126-130. •

4. Снаговский Л.М., Ионова А.Ю., Конобрицкая О.И.

Структура н фазовый состав эвтектик высокохромистых желеэоуглеродных сплавов// Повышение качества аналитического контроля материалов металлургического производства в XII пятилетке: Теэ.докл. X

Укр.респ.науч.-техн.конф.- Днепропетровск: ДМетИ,1986.-С.Ю2.

5. Ионова Л.Ю. Структура высокохромистых железоуглероди -стых сплавов // Проблемы металлургического производства. - Киев : Техника, !990.-ДМетИ.-Вып. 101.-С.106-108:

6. Тарзн-Жовнир Ю.Н., Ионова.Л.Ю. Неравновесная кристалива-ция хромистокарбцдных эвтектик в системе Ре-С-Сг// Доклады АН Украинской ССР.-1991.№ 10.С.98-101.

АННОТАЦИЯ

Ионова Л.Ю. Особенности эвтектической кристаллизации ишсокохромнстых чугунот и выбор их составов, обеспечивающий высокие служебные свойства отливок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 "Металловедение и термически? обрй'"'<-5«л ?.?етаА,\оэ". Государственная металлургическая академия Украины, ДнсГ1г* п;стросск,1996. .

Защищается научная работа, содержащая результаты исследований структурообразояания вмсокахромистых карбидных эвтектик в отливках для металлургического производства. В системе Ре-С-Сг определены области частичной и полной метастабильности карбида М7С3 по отношению к кгрбидам М23С5 ,‘и М}С,* обнаружена неравновесная

перектн^о-эвтегалческая реакция Ж+ М7С3 —Л + МззС^ ! построена гипотетическая диаграмма метастабкльного равновесия, отражающая образование эвтектики на базе карбида М3С2 ’, предложен оптимальный' состав износостойкого высокохромистого чугуна для работы в условиях ударных нагрузок. Установлены некоторые общие закономерности формирования структуры эвтектических сплавов при ускоренном затвердевании. ‘ .

Ключевые слова: Эвтектика, диаграмма стабильного и метастабильного равновесия, высокохромистые карбиды, перетектико-евтектическая реакция, устойчивость метастабильных фаз. -

ABSTRACT

Ionova L.Yu. The (specialities of eutectic solidification of higt-chromium cast irons and chois of their compositions, secureing high service properties of cast irons. Thesis for a Candidate of science degree on speciality 05.16.01 - “Physical metallurgy and heat treatment of metals". State Metallurgical Akademy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 1996.

Thesis presenting results of riserch the formation of strukture high-chromium carbides eutectics in the-cast irons for metallurgy. In the Fe-C-Cr . system defined the regions of partly and fully metastablety of the carbide M7C3 regarding the carbides M23C5 and M3C ; diskovered non-eguilibrium . peritectic-eutectic reaction L+ M7C3 (A + M23C6 ; constructioned the hypothetical diagram of metastable equilibrium, reflecting the formation of eutectic based on carbide M3C2 ; proposed the optimum composition of high -chromium resistancable to abrasion, cast iron for the blow loads work. Directioned some general regulations of the structure formation of eutectic alloys in the speeding up solidification.

Key word»; eutectic, the diagram of stable and metastable eguilibrium, high-chromium carbides, peritectic-eutectic reaction, the resistance of metastable phases. .

trum. ebfj 2#rz. li.£.6-ioo.