Actual Problems in Machine Building 2016 No. 3

Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3 Materials Science in Machine Building ____________________________________________________________________ 406 В соответствии с диаграммой состояния (рис. 1 а), включения 1 типа (рис. 1 б) образуются при температуре 1460…1340 °С. В этой зоне находится эмульсия, состоящая из двух жидкостей, одна из которых является раствором углерода в железе, вторая - раствором меди в железе. Эта зона увеличивается с повышением содержания углерода [7]. Фактически при температуре выше 1340 °С чугуны, содержащие 3 % углерода и 6…40 % меди представляют собой эмульсию из раствора на основе железа с плавающими в нем шариками твердого раствора на основе меди (рис. 1 б). В процессе кристаллизации данные включения сохраняют свою форму. В чугуне с 14,7 % меди описанные ранее шаровидные включения, образовавшиеся в результате расслоения жидкостей Fe-C и Fe-Cu равномерно распределены в объеме отливки. Объемная доля частиц 1 типа, выявленных методами оптической металлографии, составила 3,35 %. Диаметр наиболее крупных включений этого типа достигает 240 мкм. На диаграмме распределения частиц по размерам (рис. 2 а) отчетливо просматриваются 2 пика. Первый пик соответствует частицам с диаметром 160…170 мкм, и показывает средний размер частиц 1 типа. Второй пик соответствует частицам размерами 20...30 мкм, данный пик показывает средний размер частиц 2 типа. Данные частицы имеют различный химический состав (рис. 2 б). Различие в химическом составе частиц с разным размером может свидетельствовать о разной температуре и разных условиях образования частиц. Рис. 2. Распределение по размерам медьсодержащих включений 1 и 2 типов (а) и распределение химических элементов вдоль линии, проходящей через включения разного размера (б) в чугуне с 14,7 % Cu Доказательством того, что частицы 1 типа уже существовали и находились в жидком состоянии на момент роста ледебурита, является то, что некоторые частицы «перерезались» растущим дендритом (рис. 3 г). Предполагается, что частицы 2 типа возникли из аустенита при температуре от ~ 1340 до 1094 °С, под кривой солидуса. Данный диапазон подробно описан в пункте 3.3.1 на примере частиц, образовавшихся в заэвтектоидной стали. При этом частицы находились в жидком состоянии до 1094 °С. Частицы 2 типа объединяет наличие округлой формы. Поскольку часть частиц 2 типа образовывалась из-за расслоения расплава, и находилась в жидкости на основе железа, а вторая часть частиц образовывалась по диффузионному механизму их твердого растущего кристалла аустенита, располагаясь по границам этого кристалла, то в окончательно застывшей структуре данные частицы образуют строчные выделения по границам бывшего аустенитного зерна и имеют круглую форму, поскольку образовывались на периферии растущего кристалла аустенита и частично находились в окружении жидкости на основе железа (рис. 3 а). Данный процесс показан на рисунке рис. 1в.