ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 200 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ мелкий вермикулярный графит длиной около 100–200 мкм и лишь небольшое количество сферического графита. Согласно требованиям нормативных документов необходимо провести расчет каждой морфологии графита по сечению образца. Процент вермикулярного графита на поверхности и в сердцевине отливки составляет 93 и 51 % соответственно. Матричная структура отливки перлитная, вокруг графита выделяется небольшое количество феррита. Было обнаружено, что в матрице существует графит особой формы в дополнение к вермикулярному графиту и сферическому графиту, как показано на рис. 4, б. Этот вид морфологии графита представлен в виде сферического графита с небольшим хвостиком, который в работе [18] был назван графитом-головастиком (искаженным графитом). Большая часть искаженной графитовой головки имеет неправильную сферическую форму диаметром около 20–50 мкм и длину хвоста около 30–120 мкм. Интересно, что графитовый хвост на некоторых участках отделяется от материнского тела сферического графита. Морфология искаженного графита находится между сфероидальным графитом и вермикулярным графитом, который еще не полностью развит. При анализе результатов (табл. 2, 3) видно, что комбинированный модификатор демонстрирует хорошие модифицирующие свойства. В модифицированных образцах зафиксированы более высокие механические свойства по сравнению с образцом-свидетелем. Ранее в работах [7, 32, 33] мы сравнивали модификаторы, состоящие из диоксида кремния со стандартным модификатором ФС75, и показали увеличение положительного воздействия на структуру и свойства. Из теории и практики литейного производства известно, что эффективность модифицирования при выплавке серых чугунов проверяется при обработке чугуна с низким углеродным эквивалентом. В данном исследовании показано, что комбинированный модификатор положительно влияет на механические свойства серого чугуна. На образцах без модификации (рис. 3) мы видим, что графит имеет морфологическую форму в виде пластин. Вермикулярный графит (рис. 4) представляет собой переходную форму между пластинчатым графитом и сферическим графитом [8–19], а его коэффициент округлости (RSF) составляет от 0,3 до 0,6. Коэффициент округлости рассчитывали согласно формулам из [23, 25]. Морфология графита играет важную роль в механических свойствах серых чугунов. Согласно теории кристаллизации чугуна конечная форма графита неконтролируема на стадии зарождения и зависит от стадии роста. Различия в морфологии графита обусловлены разной скоростью роста во всех направлениях. Направление роста зависит главным образом от химического состава [17–21]. Различия в характере роста пластинчатого, сферического и вермикулярного графита зависят главным образом от исключения селективной адсорбции поверхностно-активных атомов на поверхности графита [18]. Во время роста эвтектического кластера соединения с низкой температурой плавления и низким содержанием, такие как сера и фосфор, обычно отбрасываются к границам зерен, и аустенит не окружает вермикулярный графит в процессе роста. По мере затвердевания графит способен менять направление своего роста на границе раздела твердое тело – жидкость. В процессе затвердевания чугуна способ роста графита и конечная морфология зависят от термодинамических условий и химического состава расплавленного чугуна. Согласно работам [8–19, 26–39] механизм формирования морфологии графита в чугуне следующий. Когда расплавленное железо достаточно чистое и в нем отсутствуют поверхностно-активные элементы (O, S или другие примеси), основным направлением роста графита является нормаль базовой плоскости (0001) (направление c), и графит будет преимущественно развиваться через спиральный рост в сферическую форму, поскольку он может происходить с минимальной энергией активации [20, 21]. Однако в расплавленном железе неизбежно присутствуют поверхностно-активные элементы, такие как S и O, которые, как обнаружено [8–13], абсорбируются на границах раздела графит-железо и, вероятно, увеличивают переохлаждение, необходимое для роста, особенно на фасетной плоскости гексагональной формы решетки графита. В результате направление роста графита меняется на нормальное к плоскости грани (а-направление), и образуется пластинчатый графит [1, 15–18]. Поэтому при производстве чугуна с вермикулярным графитом обычно добавляют элементы (Mg, La, Ce
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1