Suhanov D.A. et al. 2017 no. 4(77)

OBRABOTKAMETALLOV № 4 (77) 2017 49 MATERIAL SCIENCE В настоящей работе предлагается перед ко- вочным циклом литых слитков из высокочистого белого чугуна проводить дополнительную опе- рацию, представляющую собой изотермический высокотемпературный отжиг. В работе П.П. Аносова [7] показано, что при продолжительном отжиге в течение трех суток в калильной печи при температуре около 850…950  С литая сталь может быть преобразо- вана в булат. В работах [18–20] подробно описаны этапы увеличения деформационной пластичности высокоуглеродистых сплавов, содержащих 2,25 % углерода, при перекристаллизации ледебуритных колоний в эвтектические карбиды в процессе вы- сокотемпературного изотермического отжига. Длительность изотермической выдержки напрямую связана с температурой отжига. Чем выше температура отжига, тем меньше нужно времени для активации диффузионных процес- сов. В данной работе была поставлена задача снизить время изотермической выдержки, уве- личив температуру отжига. Нижним пределом изотермического отжига является температура эвтектоидного распада, которая соответствует 727  С. Ниже этой темпе- ратуры не происходят полиморфные превраще- ния, а диффузионная активность атомов углеро- да очень низкая. Для получения обособленных монолитных карбидных образований потребу- ется длительная изотермическая выдержка, со- ставляющая более 10 суток. Верхним пределом изотермического отжига является температура эвтектического распада, которая для высокочи- стых белых чугунов составляет около 1147  С. Выше этой температуры велика вероятность по- явления жидкой фазы, что негативно отразится на структуре сплавов. На литых образцах из сплава БЧ24А прово- дили высокотемпературный отжиг в течение двух часов при температурах 840, 940, 1040 и 1140  С в герметично закрытом керамическом тигле, для предотвращения обезуглероживания поверхности материала. Повышение темпера- туры отжига при одной и той же продолжитель- ности изотермической выдержки способствует заметным структурным изменениям в литом сплаве БЧ24А. Микроструктура отожженных образцов представлена на рис. 7, а–г . При 840  С не наблюдается видимых измене- ний в морфологии карбидной фазы, сохраняется видманштеттова структура цементита и сотовая структура ледебурита (см. рис. 7, а ). Деформа- ция ковкой такой структуры приводит к дробле- нию ледебуритной сетки и выделений избыточ- ного цементита (рис. 8, а ). Кроме того, наблюдаются многочисленные ледебуритные осколки, что будет негативно ска- зываться на эксплуатационных свойствах. При температуре изотермической выдержки 940  С на поверхности пластин видманштеттова цементита в местах контакта с аустенитной фа- зой появляются выступы в виде шипов, которые свидетельствуют о начале процесса сфероидиза- ции (см. рис. 7, б ). В основе этого процесса ле- жит диффузионный перенос углерода от выпу- клых участков цементита с большей кривизной поверхности к участкам с меньшей кривизной поверхности. В результате пластины цементита становятся более короткими с округлыми краями. С увеличением времени выдержки вытяну- тые включения избыточного цементита превра- тятся в округлые частицы. Сглаживание острых углов наблюдается и в колониях ледебурита. Уменьшение межфазных поверхностей при из- менении морфологии цементита с пластинчатой на округлую сопровождается снижением сво- бодной энергии, что благоприятно отражается на повышении пластических свойств сплава. В результате деформации образцов, оттожен- ных при температуре 940 о С, образуются корот- кие пластинчатые кристаллы избыточного це- ментита и осколки ледебурита (рис. 8, б ). После отжига при температуре 1040  С в структуре сплава отсутствуют пластины вид- манштеттова цементита. Наблюдается разо- рванная цементитная сетка, связывающая ко- лонии ледебурита (см. рис. 7, в ). Происходит процесс коалесценции карбидов, состоящий в росте крупных кристаллов за счет растворяю- щихся мелких. Особенно благоприятные усло- вия растворения частиц избыточного цементита наблюдаются вблизи вогнутой межфазной по- верхности ледебуритной колонии. По границам аустенитных зерен углерод диффундирует к ле- дебуриту, наслаиваясь на кромку ледебуритной колонии. Частицы цементита вблизи поверхно- сти ледебурита постепенно исчезают. Межфаз- ная граница между ледебуритом и аустенитной матрицей становится менее протяженной. Со-