автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Совершенствование дендритной структуры серого чугуна с целью повышения его прочности

4859644

На правах рукописи

Палаткина Любовь Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ СЕРОГО ЧУГУНА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ПРОЧНОСТИ

Специальность 05.16.01 -- Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О НОЯ 2011

Нижний Новгород - 2011

4859644

Работа выполнена на кафедре «Машины и технология литейного производства» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

КОСТЫЛЕВА Людмила Венедиктовна,

заслуженный металлург РФ, доктор технических наук, профессор

ИЛЬИНСКИЙ Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЕМЕЛЮШИН Алексей Николаевич

кандидат технических наук, доцент ЗИНОВЬЕВ Юрий Александрович

Ведущая организация: ЗАО «Волгоградский металлургический завод «Красный

Октябрь»»

Защита диссертации состоится «25» ноября 2011 г. в 13® часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.07 при ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ГСП -41, ул. Минина 24, корп. 1, ауд. 1258. j (

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Автореферат разослан «21» октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В А- Ульянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим направлением технического прогресса в машиностроении и одной из приоритетных задач современного металловедения является внедрение в производство материалов с повышенными свойствами, обеспечивающими конструкционную прочность деталей узлов и механизмов на протяжении всего заданного ресурса их эксплуатации.

В настоящее время удельное потребление в машиностроении серого чугуна остается преобладающим, он по-прежнему является основным конструкционным материалом в производстве корпусных изделий сложной геометрии, изготовление которых экономически целесообразно, а зачастую единственно возможно только из чугуна.

Вместе с тем традиционные решения по совершенствованию технологии выплавки, внепечной обработки и легированию чугуна во многом уже исчерпали свои возможности дальнейшего обеспечения возрастающих требований к прочностным свойствам этого материала. В то же время использование дополнительных резервов улучшения качественных характеристик чугунных отливок сдерживается недостаточной изученностью закономерностей структурообразования в условиях смены механизмов кристаллизации и развития сложных микроликваци-онных процессов, сопровождающих затвердевание чугуна.

Ответственность первичной структуры за основные качественные характеристики серого чугуна была отмечена в работах отечественных и зарубежных исследователей. Но рекомендации регламентирующие её параметры (в связи с полученными в данной работе результатами о степени и характере совместного участия составляющих первичной структуры в сопротивлении чугуна разрушению) нуждаются в дополнении.

Актуальность темы диссертационной работы исходит из того, что решить проблему повышения прочности и сохранения качества чугунных отливок возможно за счет подхода к чугуну как к аналогу композиционного материала с дискретными волокнами. Роль упрочняющих волокон в чугуне, в первом приближении, выполняют первичные дендриты армирующие малопрочную эвтектическую матрицу. Предпосылки такого подхода были заложены в работах зарубежных и отечественных ученых: Н. Г. Гиршовича, Г. А. Косникова, И. А. Иоффе, В. Пат-терсона и Г. Н. Троицкого; развиты в исследованиях В. А. Ильинского, Л. В. Ко-стылевой, А. А. Жукова и нашли признание в трудах Б. Н. Арзамасова и Р. Эллиота. В связи с этим изучение структуры чугуна в соответствии с основными требованиями композиционного упрочнения и поиск на этой основе новых технических решений по повышению прочности и сохранению качества чугунных отливок для современного машиностроения является актуальной задачей, которая имеет как научное, так и прикладное значение.

Материалы диссертации получены при выполнении исследований по НИР Федерального агентства по образованию 2004 - 2008 гг. и в рамках проекта Минобр-науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 2009 - 2010 г.».

Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключалась в повышении прочности серого чугуна за счет усиления армирующей способности каркаса первичных дендритов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать новую методику для проведения анализа взаимодействия магистральной трещины с элементами первичной структуры в чугуне.

2. Изучить взаимосвязь между прочностью отливок из серого чугуна и параметрами его первичной структуры: объёмной долей, строением и расположением относительно прилагаемой нагрузки первичных дендритов, дисперсностью ячеек эвтектики.

3. Изучить механизм формирования на ветвях дендритов первичного аустени-та серого чугуна внешней оболочки с повышенным содержанием кремния препятствующей их обезуглероживанию и разупрочнению.

4. Разработать на основе исследования закономерностей структурообразова-ния рекомендации по повышению прочности чугуна в отливках и провести опытно-промышленное испытание их эффективности.

Научная новизна работы заключается в выявлении закономерностей совершенствования дендритной структуры чугуна.

Установлены характерные виды взаимодействия магистральной трещины с первичными дендритами - отрыв, срез и отслоение эвтектической матрицы от дендритных ветвей. При этом показано, что доля дендритных ветвей, непосредственно участвующих в работе разрушения чугуна путём их отрыва и среза, сравнительно невелика, но значительно (более чем в 1,5 раза) увеличивается в более прочных композициях. Ячейки эвтектической матрицы при взаимодействии с трещиной в равной мере разрушаются отрывом и срезом.

Показано, что хотя объёмная доля дендритов в промышленных чугунах может изменяться в диапазоне от 15 до 65 об. %, прочность чугуна растет с увеличением количества дендритов только до = 45 об. %. В чугунах с большей объёмной долей дендритов при кристаллизации развивается их преимущественная ориентация в направлении теплоотвода и магистральная трещина распространяется вдоль дендритных ветвей путём отслоения эвтектической матрицы.

Установлен диапазон объёмной доли дендритов (25 + 45 об. %), в пределах которого они наиболее эффективно упрочняют чугун. Показано, что повышение прочности чугуна вне этого интервала может быть достигнуто за счет увеличения дисперсности ячеек эвтектической матрицы.

Показано, что армирующая способность дендритного каркаса в композициях чугуна может быть повышена путём формирования под действием поверхностно-активных элементов на ветвях дендритов внешней оболочки с повышенным содержанием кремния, которая препятствует их обезуглероживанию и разупрочнению.

Практическая значимость. Разработана комплексная добавка поверхностно-активных элементов, которая обеспечивает стабилизацию дисперсной перлитной структуры в осевых зонах дендритов и высокую армирующую способность дендритного каркаса чугуна.

Введение комплексной добавки позволяет повысить прочность чугунных отливок не менее чем на две марки: с СЧ 20 до СЧ 30 или с СЧ 25 до СЧ 35.

Эффективность основных результатов диссертационной работы подтверждена опытно-промышленными испытаниями в условиях ОАО «Волгограднефтемаш».

На защиту выносятся:

1. Разработанная в работе уникальная методика оценки сопротивляемости элементов первичной структуры чугуна распространению магистральной трещины позволила обосновать значимые параметры первичной структуры серого чугуна (объёмная доля, строение и расположение относительно прилагаемой нагрузки первичных дендритов, дисперсность ячеек эвтектики), ответственные за его композиционное упрочнение.

2. Впервые установлено, что по строению макрорельефа излома в сером чугуне возможно определять направление распространения магистральной трещины и положение очага разрушения.

3. Выявленные в настоящей работе и неизвестные ранее особенности протекания в чугунах процесса кристаллизации - преждевременное блокирование поверхностно - активными элементами дендритного роста кристаллов первичного аустенита и наслоение на них в виде внешней оболочки избыточного аустенита.

4. Впервые выявленный и изученный в работе механизм «принудительной закачки» углерода в центр дендритных ветвей чугуна, обеспечивающий формирование в них структуры сорбитообразного перлита.

5. Новое направление совершенствования дендритной структуры серого чугуна основанное на взаимосвязи между его составом и закономерностями структу-рообразования, и разработанные на этой основе рекомендации по повышению прочности чугуна.

Достоверность результатов исследования достигалась использованием высокоточного оборудования. В работе применяли микрорентгеноспектральный анализатор «Super Prob - 733»; приборный комплекс с программным обеспечением для дифференциально-термического анализа (ДТА) «Кристаллодиграф»; фотоэлектрический электроэмиссионный квантометр ARL - 3460; оптические..микроскопы «Neophot - 21» и «Olympus ВХ - 61»; электронный растровый микроскоп РЭМ - 250; рентгеновский микроскоп МИР - 2; модернизированный профилограф «БВ - 6279», микротвердомер ПМТ - 3, универсальные компьютерные программы, адаптированные для проведения количественной металлографии. В работе были использованы методы геометрической термодинамики. Результаты исследований обрабатывались методами математической статистики на персональном компьютере с использованием соответствующего программного обеспечения.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследования докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005 г.); региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2004, 2005, 2006 гг.); ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2005 - 2011 гг.) и научных семинарах кафедр «Машины и технологии литейного производства» и «Технология материалов» ВолгГТУ.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5, входящие в перечень рецензируемых научных журналов. По результатам работы сделана заявка на получение патента.

Структура и обьём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 148 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 17 таблиц и 13 формул. Список ис-

пользованной литературы включает 172 наименования, в приложении представлен акт опытно-промышленного испытания эффективности рекомендаций работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы научная новизна, практическая значимость полученных результатов и их реализация.

В первой главе выполнен анализ современных представлений о взаимосвязи состава, структуры и свойств серого чугуна. Изложены существующие представления о перспективе совершенствования первичной структуры чугуна в соответствии с основными принципами композиционного упрочнения и о сопротивлении серого чугуна разрушению при растяжении и сжатии. Сформулированы цель работы и задачи исследования.

Во второй главе приведены общая и частные методики проведения экспериментов, позволяющие решать поставленные в работе задачи.

Металлографический анализ первичной структуры серых чугунов проводили на шлифах, изготовленных: из материала стандартных разрывных образцов (0 30 мм); из материала ступенчатой пробы с толщиной стенки, изменяющейся от 8 до 60 мм; из образцов, оставшихся после проведения ДТА. Данный сортамент обеспечивал исследование структур чугуна, полученных как при постоянной скорости охлаждения, так и при изменении её в интервалах, соответствующих реальным скоростям охлаждения отливок. Степень эвтектичности исследуемых чугунов (СЧ 15 - СЧ 30) изменялась в пределах от 0,82 до 1,0. База промышленных испытаний разных марок серого чугуна включала более 150 образцов чугуна ваграночной плавки и около 300 образцов чугуна индукционной плавки.

Анализ строения поверхности разрушения чугуна проводили с использованием растровой электронной микроскопии на предмет аналогии в разрушении волокнистых композитов и чугуна. Профиллографированием проводили количественную оценку изломов.

В диссертационном исследовании была разработана специальная методика модельной реконструкции магистральной трещины. От обеих половинок образца, прошедшего испытания, отрезали столбики высотой 20 мм, содержащие излом. Далее для последующей ориентации плоскости шлифа со стороны реза делали отметки преимущественного направления рубцов излома связанных с траекторией распространения магистральной трещины. Затем поверхность изломов покрывали циакриновым клеем и, совмещая по рискам, нанесённым до испытания, соединяли обе части; готовили шлифы в нескольких сечениях образца, полученных при последовательной сошлифовке параллельно его оси.

Степень и характер участия элементов первичной структуры чугуна в работе разрушения в каждом состыкованном образце изучали металлографическим методом в нескольких последовательно перешлифованных сечениях, нормальных к поверхности отрыва. В каждом шлифе анализировали не менее семи сечений, протравленных вначале на дендритную, а затем на эвтектическую структуры.

Полагали, что анализ траектории трещины будет более информативен применительно к первичной структуре. В каждом сечении суммировали протяженность участков структуры, на которых трещина либо разрушала дендритные ветви на отрыв или срез, либо огибала их, выбирая путь наименьшего сопротивления.

Участки резкого изменения направления траектории магистральной трещины контролировали для выявления в них локальных изменений, за счет которых они первыми могли бы достигнуть предельного по прочности состояния.

Температурно-временные интервалы процессов кристаллизации чугуна изучали ДТА методом, а качественное исследование стабильности структуры дендритных кристаллов проводили после докритического нагрева. Дюраметрические исследования изменения свойств дендритных ветвей проводили до и после термического воздействия.

Просвечивающая рентгеновская микроскопия тонких фольг чугуна была применена для анализа переохлаждения эвтектики чугунов с аномальной дендритной структурой, в которой перлитные ветви окружены ферритной оболочкой.

При идентификации механизма кристаллизации аномальных дендритных структур проводили качественный анализ микроликвации кремния по цвету плёнки БЮ2, образующейся на поверхности шлифов при травлении их в кипящем водном растворе пикрата натрия. По мере убывания содержания в структурных составляющих чугуна цвет плёнки изменялся в следующем порядке: желто-зеленый, голубой, пурпурный, соломенно-желтый. По изменению цвета окрашивания отдельных микроликвационных зон строили варианты примерных профилей сегрегационных кривых, которые отражали усреднённые графические представления о распределении Б! по сечению дендритных ветвей и в междуветвиях. Оценивали характер микроликвации кремния, однородность окраски в пределах каждой микроструктроной зоны, протяженность переходных зон изменения окраски, наличие скачкообразного изменения цвета и др.

Микрорентгеноспектральным анализом исследовали неоднородность армирующего дендритного каркаса чугуна по содержанию 81, Мп и Б при непрерывном перемещении зонда и путём продолжительного (60 сек.) набора импульсов в отдельных характерных точках траектории, пересекающей дендритные ветви. Выбор анализируемых компонентов (81, Мп и 8) обосновывали тем, что качественный характер сегрегационных кривых кремния, основанный на визуальных оценках цвета, подвергался не просто количественной проверке, но и дублировался соответствующим распределением в анализируемых микроликвационных зонах Мп и Б. Сопоставление микронеоднородности по этим элементам, лидирующим при затвердевании диаметрально противоположно кремнию, гарантировало от случайных результатов и от неоднозначной трактовки построенных сегрегационных кривых. При этом 8, имеющая однонаправленную с Мп микроликвацию, из-за чрезвычайно малого коэффициента равновесного распределения (К05 ~ 0,05) накапливалась в самых последних порциях затвердевающей жидкой фазы, что позволяло проследить направление и последовательность роста твёрдой фазы на заключительной стадии затвердевания.

В третьей главе выполнен анализ первичной структуры серого чугуна на её соответствие основным принципам композиционного упрочнения и изложены

материалы исследования сопротивляемости первичной структуры чугуна распространению магистральной трещины.

Проведённый анализ соответствия первичной структуры серого чугуна основным принципам упрочнения композитов с неориентированными волокнами показал следующее:

1. Объёмная доля армирующих волокон в композите должна быть в пределах от 20 до 80 %. Объёмную долю дендритов (/дк), выполняющих в чугуне роль армирующих волокон, современные литейные технологии позволяют в промышленных чугунах регулировать от 20 до 65 %.

2. Исследования показали, что в промышленных чугунах длина дендритных кристаллов во много раз больше их диаметра /дк = (3 16) ± 0,94 мм, ¿т = (20 + 28) ± 0,85 мкм, следовательно, отношение длины дендритов к их диаметру (/дк / превышает минимально необходимую для волокнистых композиционных материалов величину, которая должна быть не менее 10... 100.

3. Другой принцип композиционного упрочнения, состоящий в том, что прочность армирующих волокон должна быть больше прочности упрочняемой матрицы (ст/ > ст„м), реализуется в чугуне если дендритные ветви сохраняют структуру сорбитообразного перлита с прочностью более 800 МПа. Кристаллизация чугуна закономерно сопровождается прямой ликвацией углерода в жидкую фазу при одновременном вытеснении его из дендритов первичного аустенита лидирующим в них кремнием. Вследствие этого, последующее у —► а превращение неизбежно фиксирует в дендритных ветвях пониженную дисперсность перлита или перлитно-ферритную структуру, приводящую к снижению прочности чугунных отливок.

4. В чугуне также необходимо выполнение ещё одного принципа композиционного упрочнения, а именно - условия реализации прочной связи между упрочняющими волокнами и матрицей. Исследования, проведенные с использованием растровой электронной микроскопии, показали, что армирующие дендриты, являясь наиболее прочными структурными элементами, не в полной мере воспринимают разрушающие напряжения и как бы «отслаиваются» от малопрочной эвтектической матрицы. На поверхности разрушения обнажается, по существу, неразрушенный дендритный каркас, наблюдаются выступающие дендритные ветви и регулярно расположенные полости, из которых дендритные ветви «выдернулись», т. е. в чугуне проявляются особенности разрушения, характерные для волокнистых композитов.

В соответствии с проанализированными принципами, в дальнейшей работе, нами проводилось изучение первичной структуры чугуна с целью её корректировки направленной на увеличение полноты реализации в чугуне композиционного упрочнения.

Впервые показано, что при одинаковых значениях прочности у чугунов развитость их рельефов существенно отличается: от сравнительно ровного излома до грубого и зубчатого. Количественная оценка строения изломов путём их профил-лографирования показала, что значения площади разрушения излома с развитой поверхностью больше в 3 - 5 раз.

Было установлено, что все изломы чугуна могут иметь один из двух характерных рельефов, а именно - изломы с параллельными рубцами, пересекающими

ния, а именно, в центр^ при радиальных рубцах а) б) и на поверхности при

Рис. 1. Характерные морфологические особенности строения изломов чугуна и параллельных, соответствующие им схемы распространения магистральной трещины: а) - «се- ТйКИМ образом ИЗУ-

мейство» параллельных рубцов; б) - радиальное расположение рубцов в поверхно- ^ ' *

с™ разрушения чение траектории маги-

стральной трещины в последовательно перешлифованных сечениях склеенных половинок и анализ расположения ответвлений от основной трассы позволил не только определить направление перемещения трещины отрыва в чугуне, но и связать его с морфологическим строением поверхности разрушения.

Исследования процесса разрушения чугуна выявили характерные виды взаимодействия магистральной трещины с армирующим дендритным каркасом - отслоение матрицы от дендритов, срез и отрыв ветвей (рис. 2).

Рис. 2. Характерные виды разрушения децоришой струюуры чугуна: а) отслоение эвтектической матрицы от дендригаого каркаса, х 100; б) разрушение дедлришых ветвей срезом х 50; в) фрагменты структуры на участке разрушения деноришых ветвей отрывом, х 50

Сопоставительный анализ показал, что характер разрушения дендритных кристаллов коррелирует с фактическими значениями временного сопротивления разрыву исследуемых чугунов: чем больше дендритных ветвей разрушено отрывом или срезом, тем больше разрушающая нагрузка (табл. 1).

Таблица 1 - Связь прочности чугуна при растяжении и характера разрушения дендритного каркаса__

ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА о„, МПа ДОЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКОВ РАЗРУШЕНИЯ ДЕНДРИТОЙ СТРУКТУРЫ,0/»

ОТСЛОЕНИЕ МАТРИЦЫ ОТ ДЕНДРИТОВ СРЕЗ ВЕТВЕЙ ОТРЫВ ВЕТВЕЙ

150-200 82,35 ± 3,6 11,25 ±0,9 6,40 ±0,52

200 - 250 76,00 ±4,1 15,00 ± 1,1 9,00 ±0,51

>250 73,00 ±3,8 17,00 ± 1,0 10,00 ± 0,55

Независимо от прочности чугуна и фактической площади излома около 50 % ячеек эвтектической матрицы разрушается отрывом, а остальные (50 %) вынуждены работать на срез.

Установлено, что магистральная трещина имеет зигзагообразный характер, и основным фактором формирования зигзагообразной траектории трещины является армирующий каркас дендритов, а дополнительным фактором - зародышевые микротрещины, разбивающие трещину на отдельные участки. Послойный металлографический анализ показал, что в районе перегибов траектории трещины структура в большинстве случаев обнаруживает высокоэнергетический характер разрушения - отрыв или срез. Так, например, при разной прочности чугунов в проанализированных 37 экстремальных точках отрыв дендритов наблюдался в 14 случаях, срез - в 11 случаях, а отслоение - в 12 случаях. Некоторые характерные фрагменты структур в зонах перегиба траектории трещины показаны на рис. 3.

ГХ:' т

........................"" ' " ■"■* * ъ

' г- »Л _______ -

а) 6) в)

Рис. 3. Характерные фрагменты дендритной структуры чугуна в зонах резкого изменения направления распространения траектории магистральной трещины: а) участок слияния зародышевых микротрещин, х 50; б) отрыв, отслоение и в) срез дендритной ветви в экстремальных точках траектории, х 80

Видно, что эти зоны вряд ли можно безоговорочно относить к наименее прочным объёмам материала, которые первыми достигают предельного по прочности состояния. При этом на участках подъёма и спуска траектории трещины наблюдалось разрушение только эвтектической матрицы, хотя и путём её среза.

Было установлено, что объёмная доля армирующих дендритных кристаллов в промышленных чугунах изменяется значительно - от 15 до 65 % (рис. 4).

Ч,МПа

350

300

250

200

150

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

/дк.%

Рис. 4. Зависимость прочности (св) серого чугуна при растяжении от объёмной доли дендритных кристаллов (/дк)

ж аём! ^ А. • 4

..V ш 111 Ы0 Ш:

Ш * ■ * * •

* Щ ♦ • • < • •.

/Л • •.♦"„• 1 1

При этом при прочих равных условиях с ростом количества дендритов в объёме металла прочность композиций чугуна увеличивается, но только до некоторого предела 45 %), в котором происходит качественная смена зависимости, и прирост количества армирующих дендритов не находит отражения в увеличении прочности чугуна.

Для выяснения причин, приводящих к этому, исследовали распределение дендритов относительно приложенной нагрузки в поперечных и продольных сечениях чугунных отливок. Оно оказалось разным: стохастическим, транскристал-литным и смешанным. Транскристаллитное строение дендритных кристаллов, имеющих развитую ось I порядка и малую длину осей II порядка, наблюдается только при их высокой объёмной доле и, как правило, направление осей I порядка перпендикулярно приложенному напряжению, что и вызывает уменьшение сопротивления чугуна распространению магистральной трещины, траектория которой легко огибает ветви дендритного каркаса, не пересекая их. Это приводит к тому, что увеличение объёмной доли дендритных ветвей не повышает прочности композиции в целом.

В то же время при высокой объёмной доле дендритов наблюдается их пакетное строение. Дендритные кристаллы занимают при этом довольно большой объём, т. к. во время затвердевания разрастаются во всех направлениях. Относительно приложенной нагрузки они имеют стохастическую ориентацию, а магистральная трещина при распространении либо вызывает их разрушение, либо изменяет своё направление, огибая их, что, несомненно, повышает сопротивление материала разрушению. Чугуны с такими структурами расположены, как правило, на верхнем участке зависимости (рис. 4), обеспечивая прочность = 300 МПа.

Показано, что в серых чугунах с разным количеством дендритов степень влияния размера ячеек эвтектики на прочность неодинакова. Повышение прочности под действием увеличения дисперсности ячеек матрицы наблюдается в чугунах с объёмной долей дендритов не более 25 %, а также в чугунах с высоким содержанием дендритов (> 45 %), т. е. когда упрочняющее действие дендритов ослаблено либо недостаточно (рис. 5).

с„ МПа

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Ояч,мкм

Рис. 5. Зависимость прочности (с,) серого чугуна при растяжении от диаметра ячеек эвтектической матрицы (Ояч)

Данные проведенных исследований позволили получить эмпирическую зависимость (№ 1 см. табл. 2) связывающую предел прочности чугуна с параметрами его первичной структуры.

ИНТЕРВАЛЫ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЪЁМНОЙ ДОЛИ АРМИРУЮЩИХ ДЕНДРИТОВ, /ж.об.% УРАВНЕНИЯ РЕГРЕССИИ» КОЭФФИЦИЕНТ КОРРЕЛЯЦИИ

1 /дк= 15-65 о, = 2,4 + 5,3[/"дк] + 0,04[Ьдк] - 3,6[Ояч. эвт] R= 0,68

2 fax <25 о, = 2,3 + 5,4[/дк1 + 0,03[Ьдк] - 4,9ГОяч. эвт1 R = 0,86

3 fa = 25+45 о» = 2,5 + 6,1 Г/лк] + 0,09[ЬЛК1 - 1,6[DS4. эвт] R = 0,87

4 /ж >45 о» = 2,6 + 4,5[/лк1 + 0,0ЦЬДк1 - 4,5[Ояч. эвт! R = 0,85

"где: о, - прочность чугуна, МПа;/дк- объёмная доля дендритов, %; Ъдк - длина дендритов, мм; Бяч. эвт. -диаметр ячеек эвтектической матрицы, мм.

Также был выделен интервал (№ 3 см. табл. 2) в пределах которого дендриты наиболее эффективно выполняют роль армирующих волокон. За пределами этого интервала (№ 2 и 4 см. табл. 2) эффект упрочнения выражен слабее, но повышение прочности чугуна может быть достигнуто за счет увеличения дисперсности ячеек эвтектической матрицы.

В четвертой главе изложены материалы исследования структурной аномалии дендритов, способной усиливать их армирующие свойства.

Дифференциально-термический анализ чугунных заготовок разной толщины показал, что увеличение диаметра приводит к снижению скорости дендритной кристаллизации, хотя на этапе затвердевания эвтектики она практически равная. Установлено, что увеличение продолжительности периода выделения первичных дендритных кристаллов в заготовке большего сечения, отражается в снижении их объёмной доли. Металлографический анализ чугуна полученного из материала ступенчатой пробы, также показал увеличение объёмной доли армирующих ветвей с ростом скорости охлаждения. Однако как правило, кратковременное термическое воздействие приводит к снижению армирующих свойств дендритами пу-

При анализе чугунов были обнаружены дендриты (рис. 6), армирующее ферритную матрицу, и имеющие вопреки известным закономерностям в центральных зонах - сорбитообразный перлит (HV 269 - 312) отделённый внутренней границей от оболочек из разреженного перлита (HV 239) или феррита (HV 128 - 180). Проведенные исследования показали, что стабильность в центральных зонах сорбитообразного перлита окруженного внешней оболочкой оказалась намного выше, чем перлита в штатных дендритах. В аномальных дендритных структурах прочность центральных зон сохранялась после двухчасовой выдержки при температуре 700 °С,

тем их ферритизации.

Рис. 6. Структура дендрюных кристаллов с сорбнгообразным перлитом (а), х100, и фрагмента ветвей (б) в ферригной (верх) и перлитой (низ) оболочках, х500. (Травление 4 % Ш^СЪ)

а ферритизация и потеря прочности дендритами не имеющими внешней оболочки происходила уже после тридцати минут. Следовательно, при реальных эксплуатационных и технологических температурных воздействиях стабильность перлитной структуры в дендритах аномального строения остаётся достаточно высокой.

Проведенное сравнительное исследование элементов первичной структуры штатных и аномальных чугунов показало их различия (табл. 3). В обоих типах чугунов размеры ячеек эвтектической матрицы попадают в достаточно широкий диапазон значений. В аномальных чугунах они ближе к верхним значениям, что исключает глубокое переохлаждение расплава во время затвердевания.

тип СТРУКТУРЫ ЧУГУНА ДЕНДРИТНЫЕ КРИСТАЛЛЫ ЭВТЕКТИКА

ОБЪЁМНАЯ ДОЛЯ /дк, % РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ВЕТВЯМИ ВТОРОЮ ПОРЯДКА а, мкм ТОЛЩИНА ВЕТВЕЙ!/, мкм ДИАМЕТР ЯЧЕЕК Д мкм

ШТАТНАЯ» 15-58 25 ±1,18 20 ±0,92 300-1100

АНОМАЛЬНАЯ" 60-65 34 ±132 28 ±0,85 800 + 1000

* ит=ДН££ 1 ю Л) ЩМЬЪНИЯМ; ** ОВДНЕЕ ПО 9 ИЗМЕРЕНИЯМ

В чугунах с аномальной структурой дендритов наблюдалась одинаковая фер-ритно-графитовая эвтектическая матрица с точечной формой графита (рис. 7).

Изучение истинной формы графита методом просвечивающей микрорентгенографии тонких фольг чугуна показало его монокристальное строение в объёме каждой ячейки эвтектической матрицы, что также исключает глубокое переохлаждение расплава во время затвердевания.

Аномальные дендриты имеют увеличенные размеры X, а также превосходят штатные по диаметру (в 1,4 - 1,8 раза), при этом толщина собственно оболочек составляет более 50 % площади сечения дендритного каркаса (табл. 3).

Наблюдаемое увеличение дендритных параметров не может быть отнесено к изменению скорости охлаждения, т. к. для этого в стандартных разрывных образцах она должна уменьшиться (в соответствии с выражением, X = а-УОИ1") примерно в 50 раз. Наиболее вероятной причиной изменения дисперсности элементов первичной структуры чугуна и формирования внешней оболочки на дендритных кристаллах всех порядков следует считать существование превращения, протекающего после завершения дендритного роста. С целью анализа этого утверждения после травления в кипящем пикрате натрия, проводили изучение по изменению цветовой палитры качественного распределения в дендритных кристаллах кремния.

Однородные ферритные оболочки аномальных дендритов при цветном травлении приобретают максимально неоднородную окраску (рис. 8), свидетельству-

Рис. 7. Характер графита в чугуне с аномальной структурой дендритов, х 100: а) оптическая микроскопия; б) просвечивающая микроскопия

ющую о неравномерном распределении в них кремния. При этом внутренняя часть оболочки аномального дендрита имеет содержание кремния меньше, чем центр дендрита, а наружная, его превышает. Такая особенность сохраняется при любых цветовых окрасках дендритов и междуветвий в отдельных участках шлифа.

а) б) в) г)

Рис. 8. Основные формы нормального и комбинированного строения дендритных кристаллов. Характерные окраски, '500. (Травление кипящим пикратом натрия) а) - сечение дендритов штатной кристаллизации; б) - аномальный (сорбитообразный перлит) в ферритной оболочке; в) - сорбигообразый перлит, центральной зоны отделён высокоугловой границей от наружной ферритной оболочки; г) - то же, но промежуточная оболочка из крупнопластинчатого перлита.

Цветное травление позволило выявить наличие на всех ветвях аномальных дендритов тонкой внешней оболочки, которая окрашена так же, как эвтектическая матрица, но не образует внутри дендрита видимой границы. Она сливается с фоном при обычном травлении и отсутствует у дендритов штатной кристаллизации.

Построенные на основании визуальных оценок изменения цвета и интенсивности окрашивания варианты примерных профилей сегрегационных кривых показали качественный характер сегрегации 81 по сечению ветвей в штатных и аномальных дендри-

сХк.ф

С«

ДЕНДРИТ

ж

МЕЖДУВЕТШЕ

Расстояние от центра дендрита в)

1 -ПЕРВИЧНЫЙ АУСГЕНИТ (НЕПРЕРЫВНЫЙ РОСТ); 2- ИЗБЫТОЧНЫЙ АУСГЕНИТ (ПОСЛОЙНЫЙ РОСТ): 3' - ОСАЖДЕННЫЙ АУСТЕНИТ; 3 - ЭВТЕКТИЧЕСКАЯ СМЕСЬ Рис. 9. Качественная схема изменения сегрегации по радиусу штатного (а) и аномального (б) дендритного кристалла, при последовательной смене механизмов роста твёрдой фазы

тах (рис. 9).

Скачкообразное изменение концентрации Б1 свидетельствует о многослойном строении аномальных ветвей, включающем в себя последовательно затвердевшие элементы трёх микроликваци-онных зон -дендритов первичного аусте-нита, избыточного аустенита внутренней обо-

лочки и осажденного аустенита внешней оболочки.

Рис. 10. Изменение интенсивности характеристического излучения элементов (Мп, и в) в дендритах аномального строения. Справа увеличенный фрагмент сканограммы участка трассы с усреднением сегрегационной кривой кремния

постоянством содержания всех анализируемых элементов, а в массивной ферритной оболочке наблюдается переменное содержание Si, возрастающее на внешней границе. Более того, ферритная оболочка имеет легко угадываемую по модельным представлениям (рис. 9) сегрегацию Si, характерную для нормальной кристаллизации плоским фронтом (см. фрагмент рис. 10). Содержание Si в эвтектике оказалось меньше, чем в центральных зонах дендритных ветвей (CSi3BT = 2,52 %; С8;ден'= 2,72 %), однако ферритная оболочка содержала еще большее количество кремния (2,92 %). Таким образом, по профилю сегрегационных кривых удалось идентифицировать разные механизмы роста твёрдой фазы, сменяющие друг друга в условиях реального затвердевания технических чугунов.

Нанесение на диаграмму Бенза - Эллиота границы дендритного роста, позволило применить методы геометрической термодинамики для анализа механизма «принудительной закачки» углерода в

Т- ¿y ^ / jffes г* y '^Sd^ /f З^Д центр дендритных ветвей необходимого для формирования сорбит-ной структуры (рис. И).

Ордината сплава I-I должна пересекать

шшни .¡сн фн пшго рост а

Рис. 11. Анализ механизма «принудительной закачки» углерода в центр дендритных ветвей

границу дендритного роста при температуре коноды е-в', но по ка-

Сканограмма (рис. 10) показывает, что центральная зона аномального дендрита отличается заметным

ким-то причинам дендритная кристаллизация прекращается при более высокой температуре (конода 6-6'). Начиная с точки б дендритный рост твёрдой фазы заменяется послойным ростом кристаллов избыточного аустенита. Термодинамическая активность углерода (а/) в первичном аустените меняется по линии абг, а в избыточном аустените (оболочка) - по линии 6Е. Максимум дебаланса активности углерода Аас между этими зонами, будет соответствовать температуре Т3, после чего дебапанс начнёт снижаться и полностью исчезнет при температуре Т4, когда активность углерода в системе выровняется, достигнув максимального для стабильной Ре - С системы значения ас= 1.

Поскольку перепад активности углерода Дас между первичным и избыточным аустенитом является движущей силой диффузии углерода, последний станет "перетекать" вначале из избыточного аустенита в первичный, а затем последовательно из расплава в избыточный и далее, в первичный (Ь—>А ИЗ ^^пср)'

Дальнейшие исследования, выполнялись в рамках допущений гипотезы о термодинамической природе обнаруженных аномалий дендритной структуры. Предположили, что наиболее вероятно возникновение в чугуне аномального строения дендритных кристаллов связано с блокировкой дендритного роста поверхностно -активными примесями. Анализ химического состава каждого из чугунов, имеющих такую структуру (рис. 6), выявил наличие примесей обладающих положительной адсорбцией по Гиббсу, суммарное количество которых вполне могло стать причиной преждевременного блокирования дендритного роста (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание поверхностно-активных примесей в чугунах с аномаль ной структурой дендритных кристаллов_._

СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ, % МАСС

Ав Бп БЬ РЬ Хп В1 Бе В

0,006+0,008 0,006 + 0,009 0,001 0,001 +0,004 0,005 + 0,008 0,001 0,001 +0,005 0,001

Проведенные исследования выявили ранее неизвестные пути совершенствования дендритной структуры чугуна, основанные на взаимосвязи между его составом и закономерностями структурообразования, что позволило в дальнейших исследованиях разработать на этой основе новый метод регулирования прочностных свойств чугунных отливок.

В пятой главе представлены исследования чугунов, полученных при практической реализации результатов диссертационного исследования в условиях чугунолитейного цеха ОАО «Волгограднефтемаш».

Экспериментальная технология предполагала на дно разливочного ковша при плавке серого чугуна штатной технологии включающей модифицирование ферросилицием марки ФС 75 дополнительно вводить комплексную добавку, состав которой представлен в табл. 5. Компоненты добавки были подобраны по результатам анализа химического состава композиций чугуна (табл. 4), в которых обнаружены аномальные дендритный кристаллы (рис. 6).

Таблица 5 - Компоненты комплексной добавки (в расчете на 100 кг жидкого металла)

ЭЛЕМЕНТ СОСТОЯНИЕ КОЛИЧЕСТВО, г.

(а+Бп+№) <13.6 +13.6+72,8) %аг. ЛИТАЯ ДРОБЬ, ЛОТ-10 ГОСТ 7837-16 3014,1

ВИСМУТ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ (В. 0) - ГРАНУЛЫ, ГОСТ 10928-90 1012,1

СЕЛЕН ТЕХНИЧЕСКИЙ (&)-ПОР01ШК,Г0СТСГ-1 10298-79 над

ЦИНК КВАЛИФИКАЦИИ «Ч» <ад - ГРАНУЛЫ, ТУ609-52М-86, 1012,4

КИСЛОТА БОРНАЯ МАРКА Б, ПОРОШОК ГОСТ 18704-78 3013.8

Результаты химического анализа состава экспериментальных и штатных заготовок по содержанию базовых элементов - идентичны, в содержании элементов, входящих в состав добавки, наблюдались различия (табл. 6).

Таблица 6 - Содержание элементов в чугуне штатной и опытной плавок

БАЗОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. % МАСС

С Мл я Р Б

2.95 0.9 1.9 0.051 О.СМ

ПОВЕРХНОСТНО - АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, %МАСС

ЧУГУН Бп а РЬ 2п В1 & В

ШТАТНЫЙ 0.003 0.Ю1 - 0.001 -

опытный 0.009 0,002 о.оо» 0,008 0.002 0.001 0,002

Проведенные металлографические исследования чугунов опытных плавок показали структуры, подобные изображенной на рис. 6. Анализ сопротивляемости элементов первичной структуры чугуна распространению магистральной трещины в опытных чугунах показал, что характер разрушения дендритных кристаллов не изменился. Суммарная доля дендритных ветвей разрушенных отрывом и срезом, в среднем увеличилась на 10 %, при этом около 40 % эвтектической матрицы разрушилось отрывом, а остальные 60 % - срезом.

Было установлено, что изначально низкие значения прочности чугуна стабильно повышались на 30 - 40 % за счет формирования на дендритах внешней оболочки. Значения временного сопротивления полученных штатных чугунов находились в пределах марки СЧ 20 - СЧ 25 (ав Ш1П ~ 220 МПа; а6 тах ~ 270 МПа), а экспериментальных - в пределах марок СЧ 30 - СЧ 35 (сте т;п ~ 290 МПа; <5в тах ~ 355 МПа) (рис.12).

о„ МПа

а)

Рис. 12. Сравнительные данные значений предела прочности при растяжении (стя) чугуна для штатной (1) и опытной (2) плавок - (а) и пример корпусной детали из металла опытно-промышленных плавок - (б). (1) и (2) -на базе 12 плавок.

Поскольку формирование внешней оболочки на дендритных ветвях связано с действием поверхностно-активных элементов, то для достижения заданного уровня свойств или повышения прочности серого чугуна в условиях предприятий современного машиностроения следует рекомендовать: - в процессе выплавки проводить экспрессную коррекцию состава чугуна путём введения комплексной добавки разработанной в диссертационном исследовании.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения может составить порядка 847 тыс. рублей в год; возможные источники эффекта: замена материалов добавок

используемых на предприятиях для повышения прочности серых чугунов, повышение качества чугуна за счет оптимального сочетания комплекса механических и технологических свойств.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что под действием поверхностно-активных элементов, на ветвях дендритов образуется внешняя оболочка с повышенным содержанием кремния, которая препятствует обезуглероживанию и разупрочнению дендритов, повышает армирующую способность дендритного каркаса. Показано, что механизм "принудительной закачки" углерода в центр дендритных ветвей, обеспечивающий формирование в них структуры сорбитообразного перлита, возникает из-за того, что в процессе кристаллизации между внутренними и наружными оболочками аустенита существует градиент (дебаланс) активности углерода Да„ который является движущей силой диффузии. Углерод при этом "перетекает" вначале из избыточного аустенита в первичный, а затем последовательно из расплава в избыточный и далее, в первичный (Ь—+А„3—>Апер).

2. На основе проведенных исследований установлена значимость параметров первичной структуры серого чугуна, ответственных за повышение прочности в чугунных отливках. Показано, что объёмная доля дендритов в промышленных чугунах изменяется от 15 до 65 %. При этом при прочих равных условиях с ростом количества дендритных кристаллов в объёме материала прочность чугуна увеличивается, но только до некоторого предела 45 %), что определяется распределением дендритов в объёме материала относительно приложенной нагрузки и их строением. Дальнейшее увеличение количества дендритов в материале не влияет на изменение величины прочности в сторону понижения или повышения его значения.

3. Показано, что в промышленных композициях чугуна с разным количеством дендритов степень влияния размера ячеек эвтектической матрицы на прочность неодинакова. Повышение прочности под действием увеличения дисперсности ячеек эвтектики наблюдается в чугунах с объёмной долей дендритов не более 25 %, а также в чугунах с высоким содержанием дендритов (> 45 %), т. е. когда упрочняющее действие дендритов ослаблено либо недостаточно.

4. Разработана новая методика модельной реконструкции магистральной трещины, которая позволила впервые экспериментально установить в чугунах марок СЧ 15 - СЧ 30 характерные виды взаимодействия трещины с дендритными ветвями (отслоение матрицы от дендритов (82,35 73,00 %); срез ветвей (11,25 17,00 %); отрыв (6,40 10,00 %) соответственно) и с ячейками эвтектики, которые разрушаются в 50 % отрывом, а остальные (50 %) работают на срез. При этом доля дендритных ветвей, непосредственно участвующих в работе разрушения чугуна путём их отрыва и среза, сравнительно невелика, но значительно (более чем в 1,5 раза) увеличивается в более прочных композициях.

5. Для серых чугунов выявлены два характерных типа строения изломов, характеризующих различное направление распространения магистральной трещины отрыва при разрушении. Впервые показано, что при одинаковых значениях прочности у чугунов развитость их рельефов существенно отличается: от сравнительно ровного излома до грубого и зубчатого. Установлено, что основным фактором

формирования излома с развитой поверхностью является армирующий каркас дендритов. При разной прочности чугунов в районе перегибов траектории магистральной трещины 67 % дендритных кристаллов разрушаются отрывом и срезом, а в остальных случаях (33 % на участках подъёма и спуска траектории трещины) отслоение дендритов от эвтектической матрицы приводит к разрушению срезом ячеек эвтектики.

6. Применение полученных в работе результатов исследования позволило разработать научно обоснованные мероприятия по повышению прочности чугунных отливок за счёт совершенствования структуры материала на основе управления процессом дендритного структурообразования. Путём регулирования морфологии дендритов и стабилизации их свойств средние значения временного сопротивления чугунных изделий повысились на 30 * 40 % (с марки СЧ 20 - СЧ 25 до марки СЧ 30 - СЧ 35).

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах:

Статьи в рецензируемых научных журналах

1. Костылева, Л. В. Сопротивляемость первичной структуры серого чугуна распространению трещин отрыва / Л. В. Костылева, Л. В. Палаткина, В. А. Ильинский // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2008. - № 5.- С. 44 - 47.

2. Палаткина, Л. В. Исследование аномалий дендритной структуры чугуна / Л. В. Палаткина, Л. В. Костылева, В. А. Ильинский // Металлы. - 2010. № 3, - С. 35 - 41.

3. Ильинский, В. А. Исследование микроликвационной неоднородности дендритных ветвей серого чугуна / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Л. В. Палаткина // Металлургия машиностроения. - 2009. - № 6. - С. 9 - 15.

4. Костылева, Л. В. Фрактографические особенности строения изломов чугунных разрывных образцов / Л. В. Костылева, Л. В. Палаткина, В. А. Ильинский // Материаловедение. - 2007. - № 11. - С. 31 - 34.

5. Палаткина, Л. В. Прогноз прочности серого чугуна по параметрам первичной структуры / Л. В. Палаткина, С. Е. Морозов // Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении: межвузовский сб. науч. ст. 2007. Вып.1, № 3. (29) / ВолгГТУ.-С. 129- 133.

Другие публикации

6. Палаткина, Л. В. Анализ причины стабильности перлитной структуры дендритных ветвей в сером чугуне / Л. В. Палаткина, Л. В. Костылева // IX региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 09-12 ноября 2004 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - С. 122 - 123

7. Горемыкина, С. С. Исследование особенностей ликвационного распределения

и Мп в низко- и среднеуглеродистых сталях / С. С. Горемыкина, В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Л. В. Палаткина // IX региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 09 - 12 ноября 2004 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - С. 126 - 127.

8. Ильинский, В. А. Теплофизические особенности кристаллизации стальных и чуянных отливок / В. А. Ильинский, Е. Ю. Карпова, С. С. Горемыкина Л. В. Палаткина // Теплофизика технологических процессов. Материалы Всероссийской научно-

технической конференции, поев. 50-летию РГТА / Рыбинская гос. авиац. технол. академия им. П. А. Соловьёва. - Рыбинск, 2005. - С. 81 - 83.

9. Палаткина, Л. В. Анализ эффективности упрочняющего действия элементов первичной структуры серого чугуна / Л. В. Палаткина, Л. В. Костылева // X региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 08 - 11 ноября 2005 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2006. - С. 123 -124.

10. Палаткина, Л. В. Анализ соответствия первичной структуры серого чугуна волокнистому композиту / Л. В. Палаткина, С. В Палаткин, Л. В. Костылева // XI региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 08 - 11 ноября 2006 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007. - С. 139 -140.

Личный вклад автора: В представленных работах, выполненных в соавторстве с другими исследователями, автором получены и проанализированы результаты исследования возможности повышения прочности серого чугуна на основе разработки научно обоснованного подхода к совершенствованию его дендритной структуры [23]; обоснованы наиболее значимые параметры первичной структуры чугуна, ответственные за его упрочнение [9, 10]; определены фрактографические особенности строения изломов чугуна [4]; исследована сопротивляемость первичной структуры серого чугуна распространению магистральной трещины [1, 5] и микроликвационная неоднородность армирующих дендритных ветвей чугуна [3, 6, 7]; теплофизические особенности кристаллизации чугуна [8]. Во всех работах [1 - 10] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении исследований и обсуждении полученных результатов.

Подписано в печать . . 2011 г. Заказ № . Тираж 100 экз. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400131, Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28, корп. № 7

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЗАИМОСВЯЗИ

СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СЕРОГО ЧУГУНА.

1.1 Перспективы формирования в чугуне композиционной структуры.

1.2 Особенности сопротивления серого чугуна разрушению при растяжении и сжатии.

Важнейшим направлением технического прогресса в машиностроении и одной из приоритетных задач современного металловедения является внедрение в производство материалов с повышенными свойствами, обеспечивающими конструкционную прочность деталей узлов и механизмов на протяжении всего заданного ресурса их эксплуатации.

В настоящее время удельное потребление в машиностроении серого чугуна остается преобладающим [1 - 6], он по-прежнему является основным конструкционным материалом в производстве корпусных изделий сложной геометрии, изготовление которых экономически целесообразно, а зачастую единственно возможно только из чугуна. Вместе с тем традиционные решения по совершенствованию технологии выплавки, внепечной обработки и легированию чугуна во многом уже исчерпали свои возможности дальнейшего обеспечения возрастающих требований к прочностным свойствам этого материала. В то же время использование дополнительных резервов улучшения качественных характеристик чугунных отливок сдерживается недостаточной изученностью закономерностей структурообразования и в условиях смены механизмов кристаллизации и развития сложных микролшсвационных процессов, сопровождающих затвердевание чугуна.

Ответственность первичной структуры за основные качественные характеристики серого чугуна была отмечена в работах отечественных и зарубежных исследователей. Но рекомендации регламентирующие её параметры (в связи с полученными в данной работе результатами о степени и характере совместного участия составляющих первичной структуры в сопротивлении чугуна разрушению) нуждаются в дополнении.

Актуальность темы диссертационной работы исходит из того, что решить проблему повышения прочности и сохранения качества чугунных отливок возможно за счет подхода к чугуну как к аналогу композиционного материала с дискретными волокнами. Роль упрочняющих волокон в чугуне, в первом приближении, выполняют первичные дендриты армирующие малопрочную эвтектическую матрицу. Предпосылки такого подхода были заложенные в работах зарубежных и отечественных ученых: Н. Г. Гиршовича, Г. А. Косникова, И. А. Иоффе, В. Патгерсона и Г. Н. Троицкого; они были развиты в исследованиях В. А. Ильинского, Л. В. Костылевой, А. А. Жукова и нашли признание в трудах Б. Н. Арзамасова и Р. Элиота. В связи с этим изучение структуры чугуна в соответствии с основными требованиями композиционного упрочнения и поиск на этой основе новых технических решений по повышению качества чугунных деталей для современного машиностроения является актуальной задачей, которая имеет как научное, так и прикладное значение.

Материалы диссертации получены при выполнении исследований по НИР Федерального агентства по образованию 2004 - 2008 гг. в рамках проекта Минобрна-уки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2010 г.».

Цель работы заключалась в повышении прочности серого чугуна за счет усиления армирующей способности каркаса первичных дендритов.

На защиту выносятся:

1. Разработанная в работе уникальная методика оценки сопротивляемости элементов первичной структуры чугуна распространению магистральной трещины позволила обосновать значимые параметры первичной структуры серого чугуна (объёмная доля, строение и расположение относительно прилагаемой нагрузки первичных дендритов, дисперсность ячеек эвтектики), ответственные за его композиционное упрочнение.

2. Впервые установлено, что по строению макрорельефа излома в сером чугуне возможно определять направление распространения магистральной трещины и положение очага разрушения.

3. Выявленные в настоящей работе и неизвестные ранее особенности протекания в чугунах процесса кристаллизации - преждевременное блокирование поверхностно - активными элементами дендритного роста кристаллов первичного аустенита и наслоение на них в виде внешней оболочки избыточного аустенита.

4. Впервые выявленный и изученный в работе механизм «принудительной закачки» углерода в центр дендритных ветвей чугуна, обеспечивающий формирование в них структуры сорбитообразнош перлита.

5. Новое направление совершенствования дендритной сгругауры серого чугуна основанное на взаимосвязи между его составом и закономерностями сгруктурообразо-вания, и разработанные на этой основе рекомендации по повышению прочности чугуна.

Объекты и методы исследования. Исследования выполнялись на серых чугу-нах марок от СЧ 15 до СЧ 30, достоверность результатов исследования достигалась использованием высокоточного оборудования. В работе применяли микрорентгено-спектральный анализатор «Super Prob - 733»; приборный комплекс с программным обеспечением для дифференциально-термического анализа (ДГА) «Крисгаллоди-граф»; фотоэлектрический электроэмиссионный квантометр ARL - 3460; оптические микроскопы «Neophot - 21» и «Olympus ВХ - 61»; электронный растровый микроскоп РЭМ - 250; рентгеновский микроскоп МИР - 2; модернизированный профилограф «БВ - 6279»; универсальные компьютерные программы, адаптированные для проведения количественной металлографии. В работе были использованы методы геометрической термодинамики, а все результаты исследований обрабатывались методами математической статистики на персональном компьютере с использованием соответствующего программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в выявлении закономерностей совершенствования дендритной структуры чугуна.

Установлены характерные виды взаимодействия магистральной трещины с первичными дендритами - отрыв, срез и отслоение эвтектической матрицы от дендритных ветвей. При этом показано, что доля дендритных ветвей, непосредственно участвующих в работе разрушения чугуна путём их отрыва и среза, сравнительно невелика, но значительно (более чем в 1,5 раза) увеличивается в более прочных композициях. Ячейки эвтектической матрицы при взаимодействии с трещиной в равной мере разрушаются отрывом и срезом.

Показано, что хотя объёмная доля дендритов в промышленных чугунах может изменяться в диапазоне от 15 до 65 об. %, прочность чугуна растет с увеличением количества дендритов только до ~ 45 об. %. В чугунах с большей объёмной долей дендритов при кристаллизации развивается их преимущественная ориентация в направлении теплоотвода и магистральная трещина распространяется вдоль дендритных ветвей путём отслоения эвтектической матрицы.

Установлен диапазон объёмной доли дендритов (25 + 45 об. %), в пределах которого они наиболее эффективно упрочняют чугун. Показано, что повышение прочности чугуна вне этого интервала может быть достигнуто за счет увеличения дисперсности ячеек эвтектической матрицы.

Показано что армирующая способность дендритного каркаса в композициях чугуна может быть повышена путём формирования под действием поверхностно-активных элементов на ветвях дендритов внешней оболочки с повышенным содержанием кремния, которая препятствует их обезуглероживанию и разупрочнению.

Практическая значимость. Разработана комплексная добавка поверхностно-активных элементов, которая обеспечивает стабилизацию дисперсной перлитной структуры в осевых зонах дендритов и высокую армирующую способность дендритного каркаса чугуна.

Введение комплексной добавки позволяет повысить прочность чугунных отливок не менее чем на две марки: с СЧ 20 до СЧ 30 или с СЧ 25 до СЧ 35.

Эффективность основных результатов диссертационной работы подтверждена опьпно-промьшшенными испытаниями в условиях ОАО «Волгограднефтемаш». Ожидаемый экономический эффект от внедрения может составить 847 тыс. рублей в год.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследования докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005 г.); региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2004, 2005, 2006 гг.); ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2005 - 2011 гг.) и научных семинарах кафедр «Машины и технологии литейного производства» и «Технология материалов» ВолгГТУ.

По теме диссертационного исследования опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5, входящие в перечень рецензируемых научных журналов.

Работа выполнена на кафедре «Машины и технологии литейного производства» Волгоградского государственного технического университета.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что под действием поверхностно-активных элементов, на ветвях дендритов образуется внешняя оболочка с повышенным содержанием кремния, которая препятствует обезуглероживанию и разупрочнению дендритов, повышает армирующую способность дендритного каркаса. Показано, что механизм "принудительной закачки" углерода в центр дендритных ветвей, обеспечивающий формирование в них структуры сорбитообразного перлита, возникает из-за того, что в процессе кристаллизации между внутренними и наружными оболочками аустенита существует градиент (дебаланс) активности углерода Дяс, который является движущей силой диффузии. Углерод при этом "перетекает" вначале из избыточного аустенита в первичный, а затем последовательно из расплава в избыточный и далее, в первичный (Ь—►Аиз—>Апер).

2. На основе проведенных исследований установлена значимость параметров первичной структуры серого чугуна, ответственных за повышение прочности в чугунных отливках. Показано, что объёмная доля дендритов в промышленных чугунах изменяется от 15 до 65 %. При этом при прочих равных условиях с ростом количества дендритных кристаллов в объёме материала прочность чугуна увеличивается, но только до некоторого предела 45 %), что определяется распределением дендритов в объёме материала относительно приложенной нагрузки и их строением. Дальнейшее увеличение количества дендритов в материале не влияет на изменение величины прочности в сторону понижения или повышения его значения.

3. Показано, что в промышленных композициях чугуна с разным количеством дендритов степень влияния размера ячеек эвтектической матрицы на прочность неодинакова. Повышение прочности под действием увеличения дисперсности ячеек эвтектики наблюдается в чугунах с объёмной долей дендритов не более 25 %, а также в чугунах с высоким содержанием дендритов (> 45 %), т. е. когда упрочняющее действие дендритов ослаблено либо недостаточно.

4. Разработана новая методика модельной реконструкции магистральной трещины отрыва, которая позволила впервые экспериментально установить в чугунах марок СЧ 15 - СЧ 30 характерные виды взаимодействия трещины отрыва с дендритными ветвями (отслоение матрицы от дендритов (82,35 + 73,00 %); срез ветвей (11,25 17,00 %); отрыв (6,40 + 10,00 %) соответственно) и с ячейками эвтектики, которые разрушаются в 50 % отрывом, а остальные (50 %) работают на срез. При этом доля дендритных ветвей, непосредственно участвующих в работе разрушения чугуна путём их отрыва и среза, сравнительно невелика, но значительно (более чем в 1,5 раза) увеличивается в более прочных композициях.

5. Дня серых чугунов выявлены два характерных типа строения изломов, характеризующих различное направление распространения магистральной трещины при разрушении. Впервые показано, что при одинаковых значениях прочности у чугунов развитость их рельефов существенно отличается: от сравнительно ровного излома до грубого и зубчатого. Установлено, что основным фактором формирования излома с развитой поверхностью является армирующий каркас дендритов первичного аустени-та. При разной прочности чугунов в районе перегибов траектории магистральной трещины 67 % дендритных кристаллов разрушаются отрывом и срезом, а в остальных случаях (33 % на участках подъёма и спуска траектории трещины) отслоение дендритов от эвтектической матрицы приводит к разрушению срезом ячеек эвтектики.

6. Применение полученных в работе результатов исследования позволило разработать научно обоснованные мероприятия по повышению прочности чугунных отливок за счёт трансформации структуры материала на основе управления процессом дендритного структурообразования. Путём регулирования морфологии дендритов и стабилизации их свойств средние значения временного сопротивления чугунных изделий повысились на 30 - 40 % (с марки СЧ 20 - СЧ 25 до марки СЧ 30 - СЧ 35).

1. Литье металлов. Обзор рынка Электронный ресурс. / официальный сайт завода точного литья "Инн Текс ЭКО" Режим доступа: http://www.riword.com.ru/

2. Состояние литао юго прсююдлвав2007г. //Литейное производство. -2009. -№2. С.26-28.

3. Рускол, В. И. Ещё раз о чугунах. Обзор зарубежной информации / В. И. Рус-кол, В. С. Смоляков // Литейное производство. 2006. - №1. - С. 38 - 39.

4. Рынок металла прогнозы и ожидания // Электронный ресурс. Металлургический бюллетень. Информационно - аналитический журнал. - 2010. - Режим доступа: ЬЩ^^л^^

5. Щербенский, Г. В Чугун как перспективный материал XXI столетия / Щербен-ский Г. В. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - № 7. - С. 83 - 93.

6. Евсеев, В. И. О состоянии и перспективах литейного производства в России. Проблемы литейного производства Электронный ресурс. / В. И. Евсеев, А. А. Ищенко // "Союз литейщиков Санкт-Петербурга"- 2010. Режим доступа: http://www.souzlit.ru/

7. Durand-Charre, M Microstructure of steels and cast irons / Madeleine Durand-Chaire, Springer, 2004, - 404 p.

8. Balluffi R. W. Kinetics of materials / Robert W. Balluffi, Samuel M. Allen, W. Craig Carter, Rachel A. Kemper, John Wiley and Sons, 2005 - 645 p.

9. Ohring, M Engineering materials science / Milton Ohring, Academic Press, 2005 - 827p.

10. Anderson, J. C. Materials science for engineers / J. C. Anderson, K. D. Leaver, P. S. Leevers, R. D. Rawlings, CRC Press, 2006 664 p.1.. Higgins, R. A. Materials for engineers and technicians / R. A. Higgins, R. Aureli-us Higgins, Newnes, 2006 - 400 p.

11. Циглер, P. Влияние С, Si, Mn, P, S на прочностные свойства чугуна Р. Циглер // 30-й Международный конгресс литейщиков. М: Машиностроение, 1967. С. 5 -19.

12. Гиршович, Н. Г. Чугунное литье / Н. Г. Гиршович. Л. - М.: Металлургиз-дат, 1949.-708 с.

13. Гудремон, Э. Специальные стали. / Э. Гудремон пер. с нем. под ред. A.C. Займовского. В 2-х т. М.: Металлургия, 1986. -1274 с.

14. Месысин, В. С. Основы легирования стали / Меськин В. С. М.: Металлургия, 1964.-684 с.

15. Вайс, В. О влиянии химического состава серого чугуна на его механические свойства / В. Вайс, К. Орте // 34-й. Международный конгресс литейщиков. М.: Машиностроение, 1971. - С. 183 -184.

16. Бидуля, П. Н Литейное производство /ПК Бидуля Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. Москва, 1953. -427с.

17. Богачёв, И. Н. Металлография чугуна / И. Н. Богачёв Москва-Свердловск Машгиз 1952. -367 с.

18. Бунин, К. П. Строение чугуна / К. П. Бунин, Ю. Н. Таран // Серия «Успехи современного металловедения» М.: Металлургия, - 1972. -160 с.

19. Де Си, А. Применение легированного чугуна в машиностроении / А. Де Си. //-29-й Международный конгресс литейщиков. М.: Машгиз, 1967 С. 138 -142.

20. Патерсон, В. Влияние присадок, вводимых в ковш, на свойства чугуна / В. Патгер-сон // 25-й Международный конгресс литейщиков. М: Машиностроение, 1961.-С. 93-122.

21. Сильман, Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугунах и сталях / Г. И. Сильман. Брянск: издательство БРИТА, 2004. - 328 с.

22. Бобро, Ю. Г. Легированные чугуны/Ю. Г. Бобро М: Металлургия, -1976. -280 с.

23. Шумихин, В. С. Высококачественные чугуньг для отливок / В. С. Шумихин и др.; под ред. Н. Н. Александрова. -М.: Машиностроение, 1982. 222 с.

24. Кульбовский, И. К. Механизм влияния элементов на графитизацию и отбел чугуна / И. К. Кульбовский // Литейное производство. -1993. № 7. - С. 3 - 5.

25. Патгерсон, В. Микроструктура чугуна и его свойства / В. Паттерсон // 29-й. Международный конгресс литейщиков. М.: Машиностроение, 1967. С. 55 - 63.

26. Циглер, Р., Нихтельбергер Е. Влияние структуры на прочность и твердость чугуна с пластинчатым графитом / Р. Циглер, Е. Нихтельбергер //31-й Международный конгресс литейщиков. М.: Машиностроение. 1968. С. 96 -100.

27. Wlodawer, R. Die technologische Kalorimetrie, eine Methode zur Ermittlung realer Ge&gezustande in erstarrenden Metallen / R. Wlodawer // Giesser. Prax., 1972. №5.-S.71-82. Giesser. - Prax, 1972. №6. - s. 89 - 99.

28. Жуков, А. А. Основы расчёта состава, структуры и прочности серого чугуна / А. А. Жуков // Вопросы теории литейных процессов / Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. М. 1960. С. -163 - 253.

29. Баландин Г. Ф. Структурная номограмма чугуна/ Г. Ф. Баландин, Н. К. Ка-нунников // Литейное производство 1978.- № 8.- С. 6 - 7.

30. Коган Л. Б. Структурные диаграммы для синтетического чугуна / Л. Б. Коган // Литейное производство.-1972. -№ 11.- С. 13 -14.

31. Добровольский И. И. Расчет структуры и механических свойств нелегированного и легированного чугунов / И. И. Добровольский, А. А. Жуков, И. О. Пахню-щий // Литейное производство. -1988.- № 5.- С. 6 8.

32. Чугун: справочник / под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. М.: Металлургия, 1991-576 с.

33. Калло, А Проблемы оценки качества серого чугуна и роль вторичной структуры / А Калло // 27-й Международный конгресс литейщиков М: Машгиз. 1961. - С. 83 -113.

34. ГОСТ 3443 87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. - Взамен ГОСТ 3443 - 77 ; введ. 01.07.88. - М.: Стандартин-форм, 2005. - 42 с. - (Межгосударственный стандарт).

35. Материаловедение : учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, и др.; под ред. Б. Н. Арзамасов 8-е изд., - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

36. Shackelford, J. F. Introduction to materials science for engineers / J. F. Shackelford, Prentice Hall, 2009, - 586 p.

37. Chung, Y. Introduction to materials science and engineering / Yip-wah Chung, CRC Press,-2007-287 p.

38. Smith, W. F. Foundations of Materials Science and Engineering / W. F. Smith. McGraw-Hill, 2003, - 908 p.

39. Диаграммы состояния двойных металлических систем : Справочник : В 3 т.: Т. 1. / под ред. Н. П. Лякишева М.: Машиностроение, 2000. - 872с.

40. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев М.: Металлургия, 1986, - 542 с.

41. Справочник по чугунному литью / под ред. Н. Г. Гиршовича Л.: Машиностроение, 1978, - 758 с.

42. Сильман, Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугунах и сталях: монография / Г. И. Сильман. -М.: Машиностроение, 2007. 302 с.

43. Бцдупя, П. Н Литейное производство /ПН Бидуля. Государственное научно-техническое издательство литературы по чфной и цветной металлургии. Москва, 1953. -427 с.

44. Сильман, Г. И. Система железо углерод / Г. И. Сильман - Брянск: Издательство БГИТА, 2007. - 88 с.

45. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. В 3 т. Т. 2. Строение стали и чугуна: справочное издание М. Л. Бернштейн и др.; под ред. А. Г. Рахиггадта [и др.]; Издательство: ТОО СП «Интермед Инжиниринг», 2005. 528 с.

46. Flemings, М. С. Symposium on Solidification and Materials Processing / Proceedings of the Merton C. Flemings by Minerals // Metals & Materials Society. 2006. - 556 p.

47. Физическое металловедение. В 3 т. Т. 2 Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами под ред. Р. У. Кана и П.Т. Ха-зена М.: Металлургиздат., 1987. - 624 с.

48. Cahn, R. W. Physical metallurgy / W. R. Cahn, Elsevier, -1996, 2740 p.

49. Porter, D. A. Phase transformations in metals and alloys / David A. Porter, К. E. Easterling, CRC Press, -1992, 514 p.

50. Smith, W. F. Foundations of materials science and engineering / W. F. Smith, J. Hashemi, McGraw-Hill, 2005, -1032 p.

51. Конструкционные материалы: Справочник / Б. Н. Арзамасов и др.; под ред. Б. Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

52. Spanos, G. Crystallography of grain boundry cementite dendrites / , G. Spanos, M V. Krai// Acta mater. -2003. Vol. 51, № 2.-P. 301 -311.

53. Курнаков, H С., Введение в физико-химический анализ / НС. Курнаков под ред. В Л. Аносова и М.А. Клочко. Издательство Академии наук СССР М.-Л., 1940. -561 с.

54. Металловедение и термическая обработка стали. В 2 т. Т. 1. Бернштейн, МЛ и др.; под ред. М Л. Бернштейн и А Г. Рахшгадга [и др.] ; государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. -М., 1961. -747 с.

55. Салтыков, С. А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков М.: Металлургия, 1976.-271 с.

56. Костылева JI. В., Особенности дендритной кристаллизации и повышение информативности диаграмм состояния. / Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, В. А. Ильинский // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 10. С. 10 -14.

57. Ильинский, В. А. Исследование затвердевания сталей и сплавов / В. А. Ильинский, JI. В. Костылева, Н. И. Габельченко, Е. А. Санталова // Литейное производство. 2000. № 4. С. 5 - 7.

58. Костылева. Л. В. Особенности кристаллизации сталей в интервале температур ликвидус солидус / Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, В. А. Ильинский // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. №4. -С. 31 - 34.

59. Хворинов, Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали / Н. И. Хворинов, М.: Машгиз., 1958.-392 с.

60. Гаврилин, И. В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов / И. В. Гаврилин Владимир: Владимирский госуниверситет, 2000. - 260 с.

61. Штейнберг, С. С. Металловедение / С. С. Штейнберг Свердловск: Метал-лургиздат., 1961. - 598 с.

62. Металлография железа. Т. Ш. Кристаллизация и деформация стали / пер. с англ. под ред. Ф.Н. Тавадзе. М.: Металлургия. -1972. - 236 с.

63. Flemings, М. С. Symposium on Solidification and Materials Processing / Proceedings of the Merton C. Flemings by Minerals // Metals & Materials Society. -2001. 523 p.

64. Золотаревский, В. С. Механические свойства металлов / В. С. Золотарев-ский 3-е изд., перераб. и доп., - М.: «МИСИС», 1998.- 400 с.

65. Cottrell, С. L. М., in «Hydrogen in steel», Report of BISRA conference, Harrogate 1971, London. The Iron and Steel Institute, -1972. P.l 33 -136.

66. Котрелл, К. Л. M. Требования, предъявляемые к высокопрочной стали / К. Л. М. Котрелл // Высокопрочная сталь : сб. статей / пер. с англ. 3. Г. Фридмана, Т. С. Марьяновской, под. ред. Л. К. Гордиенко М.: Металлургия, 1965. С. 9 - 24.

67. Norman, В. Weldability of fenitic steels / Norman Bailey // Publisher: Woodhead Publishing, Limited. -1994. P. 304.

68. Tilley, R J. D. Understanding solids: the science of materials / R J. D. Tilley, John Wiley and Sons, 2004, - 593 p.

69. Tilley,RJ. D. Ci^talsandaystal stiuctures/R J. D. Tilley, John Wiley and Sons,2006, -255p. ~ 71. Гриднев, В. H. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали / В.

70. Н. Гриднев, В. Г. Гаврилок, Ю. Я. Мешков, Киев «Наукова думка» 1974. - 232 с. i; 72. Гольдштейн, М. И. Специальные стали: учебник / М. И. Гольдштейн, С. В.

71. Грачев, Ю. Г. Векслер М.: Металлургия, 1985. 408 с.

72. Анасгасиади, Г. П. Неоднородность и работоспособность стали / Г. П. Ана-» стасиади, М. В. Сильников СПб.: Изд-во "Полигон", 2002. - 624 с.

73. Храпковский, Э. Я. Структура и прочность тонкостенных отливок из серого чугуна / Э. Я. Храпковский. М.: Машиностроение, -1965. -116 с.

74. Храпковский, Э. Я. Исследование влияния фосфора на механические свойства серого чугуна / Э. Я. Храпковский // сб. науч. Тр. / ВИСХОМ. Москва, 1954. -;;• Вып. 7. - С. 53 -59.

75. Шумихин, B.C. Комплексный контроль качества чугуна методом термического анализа / В. С. Шумихин, В. Т. Витусевич, Г. Л Корниенко // Литейное произ-Л., водство. 1984. № 2. -С. 3 5v.' i(.tii ! '!

76. Jura, S. Zastosowanic metody ATD i obsluga programu ATD. v. 3 do oceny jakosw zeliwa/JuraS, JuraJ, JmaZ.//Kizemiqciemetaliistopow. Gliwice. 1988.-S. 263 293.

77. Ильинский, В. А. Оценка качества серого чугуна по кремниевому эквиваленту химического состава/В. А. Ильинский // Литейное производство. -1987. № 4. - С. 3 - 5.

78. Клецкин, Я. Г. Контроль жидкого металла и готовых отливок в чугунолитейных цехах /Я. Г. Клецкин // Литейное производство. 1983. - № 3. - С. 23 - 25.

79. Ильинский, В. А Зависимость прочности серого чугуна от его первичной струкгу-рьг/В. А. Ильинский, Л. В. Костылева // Литейное производство.-1997-№ 5. С. 25 - 26.

80. Ильинский, В. А. Лабораторный практикум по курсу «Производство отливок из стали и чугуна» : учеб. пособие / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева Н. И. Габельченко; ВолгГТУ. Волгоград, 2008. -79 с.

81. Ильинский, В. А. О композитном характере структуры кристаллизации чу-гунов с различной степенью эвтектичности / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева // Изв. АН СССР. Металлы. 1986. - № 5.- С.116 -118.

82. Пелган, С. Влияние различных факторов на форму графита в чугуне / С. Пелган. // 33-й Международный конгресс литейщиков. М.: Машиностроение. 1970.-С. 186- 191.

83. Пелган, С. Влияние некоторых элементов на рост эвтектических ячеек / С. Пелган. //31-й Международный конгресс литейщиков. М: Машиностроение. 1963.-С. 142-152.

84. Чалмерс, Б Физическое металловедение / Б Чалмерс Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлурги: -Москва. -1963.- 455 с.

85. Чалмерс, Б. Теория затвердевания / Б. Чалмерс. М.: Металлургия. -1968.-455 с.

86. Окнов, М. Г. Металлография чугуна / М.Г. Окнов // 2-е изд., испр. и доп. -Л.; М.: ГОНГИ, 1938. - 194 с.

87. Ланда, А. Ф. Чугун повышенного качества и литье боеприпасов / А. Ф. Ланда, А.Ф.; под ред. акад. Н. Т. Гудцова. М.: ОБОРОНГИЗ. 1945. - 252 с.

88. Гиршович, Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках / Н. Г. Гир-шович. М.: Машиностроение, 1966. 562 с.

89. Богачёв, И. Н. Металлография чугуна / И. Н. Богачёв Москва-Свердловск Машгиз 1952. -367 с.

90. Бунин, К. П. О строении зерен графито-аустенитной эвтектики / К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, С. А. Федорова // Линейное производство. 1953. - № 9. - С. 25.

91. Вигмозер, А. Образование графита в литых железоуглеродистых сплавах / А Вигмазер // 25-й Международный конгресс литейщиков. М.: Машгиз. -1961. - С. 476 -497.

92. Дилевийнс, Ж. Влияние меди и никеля на температуру стабильной и ме-тастабильной эвтектики чугуна / Ж. Дилевийнс, Ч. Дефранк //. 33-й Международный конгресс литейщиков М.: Машгиз. - 1976. - С. 5 - 9.

93. Баландин, Г. Ф. Основы теории формирования отливки / Г. Ф. Баландин, В 2-х ч., ч.П. М.: Машиностроение. 1979. - 335 с.

94. Джиджив, Ж Образование различных тиров графита в сером чугуне / Ж Джи-джив // 33-й Международный конгресс литейщиков. М: Машиностроение. -1970 - С 46 -49.

95. Пивоварский, Е. Высококачественный чугун. Т.1 / Е. Пивоварский; Пер. с нем. Е. К Захарова и др.; Под ред. И. Н. Богачева, Б. Г. Лившица. М.: Металлургия, 1965. - 650 с.

96. Ланда, А. Ф. Основы получения чугуна повышенного качества. / А. Ф. Ланда М.: Машгиз, 1960. - 238 с.

97. Бунин, К. П. Основы металлографии чугуна / К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран М.: Металлургия, -1969. - 416с.

98. Митше, Р. Исселование объёмной форы графита методом рентгеностереогра-фии/ 32-й Международный конгресс литейщиков. -М.: Машиностроение. -1969.- С 5 -13.

99. Ильинский, В. А. Прочность элементов первичной структуры и особенности разрушения серого чугуна / В. А. Ильинский, JI. В. Костьшева, Е. Ю. Карпова // Металловедение и термическая обработка металлов. -1997. № 3 - С. 23 - 26

100. Найдек, В. JI. Литые композиционные и нанокристаллические материалы. Достижения, проблемы и перспективы развития / В. Л. Найдек, С. С. Затуловский, А. С. Затуловский // Металлургия Машиностроения. 2005. - № 6. - С. 19 - 28.

101. Эллиогг, Р. Управление эвтектическим затвердеванием. / Р.Эллиогг. Перевод: Б. Б. Сграумал. Научный ред актор: Л С. Швиндлерман // Москва: Металлургия. -1987. 352 с.

102. Иванова, В. С. Усталость и хрупкость металлических материалов./ В. С. Иванова и др. издательство Москва «Наука», 1968. - 216 с.

103. Композиционные материалы. Справочник под общей редакцией В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. М.: Машиностроение. 1990.-510 с.

104. Капринос. Д. М. Композиционные материалы в технике / Д. М. Капринос, Л. И. Тучинский, А. Б. Сапожников. Киев. Техника, 1985. - 152с.

105. ASTM А247 06el Standard Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings. Стандартный метод оценки микроструктуры графита в чугуне / Электронный ресурс. // - Режим доступа: http://www.astm.org/Standards/A247.htm

106. Литвиненко, М Н. Перспективы формирования в чугунных отливках структуры и свойств композиционного материала /MR Литвиненко, В. А Ильинский, Л. В. Костьшева, В. В. Тшценко//Литейное производство.-1994. № 12.-С. 7-9.

107. ГОСТ 1412 -85 (СТ СЭВ 4560-84) Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. Взамен ГОСТ 1412 - 79 ; введ. 01.01.87 - М.: Стандартинформ, 2005. - 8 с. - (Межгосударственный стандарт).

108. Ильинский, В. А Регулируемое охлаждение чугунных отливок в форме / В. А. Ильинский, Л. В. Костьшева //Литейное производство.- 1997.-N5.- С. 25.

109. Ильинский, Закономерности микроликвации в железоуглеродистых сплавах и новые возможности литейной технологии / В. А. Ильинский, А. А. Жуков, JI. В. Костылева //55-й Международный конгресс литейщиков М., 1988.- С. 1 -11.

110. Костылева. JI. В. Микроликвация кремния в железоуглеродистых сплавах / Л. В. Костылева, В. А. Ильинский //Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 12. - С. 39 - 43.

111. Ильинский, В. А. Литейные дефекты структуры тонкостенных чугунных отливок / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Н. П. Рубцова, В. Г. Малков // Литейное производство. 1988. - № 12. - С. 5 - 6.

112. Ильинский, В. А. Влияние дендритной ликвации на перлито-ферритную структуру серого чугуна / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева // Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. - № 5. - С. 47 - 50.

113. Дубинин, Н. П. Чугунное литьё в металлических формах / Н. П. Дубинин, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы Москва 1956 320 с.

114. Варга, Ф. Влияние дегазации и продувки газами на свойства чугуна / Ф. Варга, Е. Ворос //31-й Международный конгресс литейщиков. М: Машиностроение. -1967. С. 50 - 61.

115. Цюнтгоф, А. Вакуумная плавка чугуна и изменение эффекта модифицирования / А. Цюнтгоф, Р. Кортмулдер // 28-й Международный конгресс литейщиков. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва. 1964 - С. 153 -161.

116. Каяма, Н. Окисление жидкого чугуна / Н. Каяма, К. Ноцаки // 24-й Международный конгресс литейщиков. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы Москва. 1960 - С. 308 - 325.

117. Троицкий, Г. Н. Свойства чугуна / Г. Н. Троицкий; под ред. М. Г. Окнова; Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. Ленинград - Москва, 1941. - 290 с.

118. Ершович, А Н Особенности кристаллизации тонкостенных отливок из чугуна с пластинчатым графитом / АН. Ершович // Литейное производство. -1975. -№ 10. С. 6 7.

119. Бланк, Ж. Современные исследования в области литейного производства / Ж. Бланк// 25-й Международный конгресс литейщиков -М.: МАШГИЗ. -1961. С. 52 - 74.

120. Бунин, К. П. Основы металлографии чугуна / К. П. Бунин, Я. Н. Малиноч-ка, Ю. Н. Таран. М.: Металлургия, 1969. - 416 с.

121. Коцюбинский, О. Ю. Стабилизация размеров чугунных отливок / О. Ю. Коцюбинский. М.: Машиностроение. - 1974. - 296 с.

122. Коцюбинский, О. Ю. Влияние графитовых включений на пластическую деформацию и коробление чугунных отливок / Коцюбинский О. Ю., Оберман Я. И. -Литейное производство, 1967, № 4. С. 32 - 38.

123. Дряпкин, Б. М. Особенности поведения железоуглеродистых сплавов при силовом воздействии / Ю. В. Рябов, В. М. Садчиков // Известия вузов. Черная металлургия. -1995. № 2. - С. 53 - 54.

124. Смоляницкий, Б. А. Деформационная способность серого чугуна / Б. А. Смоляницкий, Е. К. Сазонов // Литейное производство,-1973.- № 6 С. 38.

125. Петриченко, А. М. Влияние формы включений графита на свойства магниевого чугуна / А. М. Петриченко, Л. А. Солнцев, А. И. Зайцев // Проблемы прочности.- 1974-№9.-С. 119-121.

126. Гиршович, Н. Г. О хрупком и вязком состоянии чугуна / Н. Г. Гиршович, М. П. Симановский // Литейное производство I960.- № 1С. 25 - 30.

127. Епачинцев, О. Г. О роли графитных включений в разрушении чугуна / О. Г. Епачинцев // Металлы. 1976. - № 2. - С. 180 - 188

128. Кусков, Ю. M. Влияние включений графита на долговечность литых и наплавленных валков горячей прокатки / Ю. М. Кусков // Сталь. 2006. - № 2. - 41 -45.

129. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. В 8 т. Т. 4. Чугун; под ред. А. А. Жукова, А. Д. Шермана. М.: Машиностроение, 1969. 248 с.

130. Одинг, И. А. Чугун как литейный материал / И. А. Одинг, 3-е изд. М. : Гос. издат, 1935. 183 с.

131. Cees van de Velde Eutectic Solidification of Gray Cast Iron. Part Ш Электронный ресурс. Last revision: January 15, 2004. Режим доступа http://members.lvcos.nl/cvdv/eutcelpart3.htm

132. Cees van de Velde Eutectic Solidification of Gray Cast Iron. Электронный ресурс. Last revision: January 15,2004. Режим доступа http://members.lycos.nl/

133. Коваленко, В. С. Металлографические реактивы / B.C. Коваленко. М. : Металлургия. -1981. -122 с.

134. Справочник по металлографическому травлению под ред. Баккерта М., Клемма X. М: Металлургия, 1979, - 336 с.

135. Блантер, M. Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных / M. Е. Блантер. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва. -1952 444 с.

136. Фрактография и атлас фрактограмм: справочник / под ред. M.J1. Берн-штейна; пер. с англ. Е.А. Шура.—М. : Металлургия, 1982. — 488 с.

137. Ежов А А Изломы конструкционных сталей / А А Ежов, Л П Герасимова, А M Каток // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. - № 8. - С. 37 - 40.

138. Ежов, А. А. Дефекты в металлах. Справочник-атлас / А. А. Ежов, JI. П. Герасимова. Издательство: Русский университет, 2002. 360 с.

139. Штремель, М. А. Возможности фрактографии / М. А. Штремель // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - № 5. - С. 35 - 43.

140. Гордеева, Т. А. Анализ изломов при оценке надежности материалов / Т. А. Гордеева, И. Т. Жепша. М. : Металлургия, 1978. - 200 с.

141. Campbell, F. С. Elements of metallurgy and engineering alloys / Flake C. Campbell, ASM International, 2008, - 656 p.

142. Das, A K. Metallurgy offeiluie analysis/A K. Das, McGmw-НШ Professional, -1997-354p.

143. Brooks C. R. Failure analysis of engineering materials / Charlie R. Brooks, Ashok Choudhuiy, McGraw-Hill Professional, 2002 - 602 p.

144. Макклинтон, Ф. Деформация и разрушение материалов / Ф. Макклинтон, А. Аргон: пер. с англ. М.: Мир, 1970. - 439 с.

145. Черепанов, Г. П. Механика разрушения композиционных материалов / Г. П.Черепанов-М.: Наука, 1983.-296с.

146. Костылева, JI. В. Фрактографические особенности строения изломов чугунных разрывных образцов / JI. В. Костылева, JI. В. Палаткина, В. А. Ильинский // Материаловедение. 2007. - № 11. - С. 31 - 34.

147. Жуков, А. А Геометрическая термодинамика сплавов железа / А А Жуков М: Металлургия, 1979.-232 с.

148. Whitney, J. М Composite materials: testing and design / James Martin Whitney Электронный ресурс. Last revision: January 15,2004. -Режим доступа http://membere.lvcos.nl/

149. Composite materials: testing and design (seventh conference): a conference : Philadelphia, PA, 2-4 April 1984. ASTM special technical publication (том 893). ASTM International, 1986.-475 с. Электронный ресурс. -Режим доступа: http'7/books.google.com.

150. Браутман. JI. Композиционные материалы. В 8 т. Т 4. Композиционные материалы с металлической матрицей : справочник под общей редакцией / К. Крей-дер, перевод с англ. под ред. К. И. Портного. М.: Машиностроение. 1978. - 503 с.

151. Костылева, JI. В. Сопротивляемость первичной структуры серого чугуна распространению трещин отрыва/ JI. В. Костылева, Л.В. Палаткина, В.А. Ильинский // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. - № 5. - С. 31 - 34.

152. Берншгейн, М Л Структура и механические свойства металлов. / М. Л Берн-штейн, В. А Займовский. М: Металлургия, -1970. 472 с.

153. Палаткина, Л В. Исследование аномалий дендритной структуры чугуна / Л. В. Палаткина, Л В. Костылева, В. А Ильинский//Металлы, 2010. № 03, С. 35-41.