CC BY
24
УДК 669.111.225
Канд. техн. наук В. Г. 1ванов Запорiзький нацюнальний техычний унiверситет, м. Запорiжжя
БУДОВА ВКРАПЛЕНЬ ГРАФ1ТУ У СИНТЕТИЧНИХ ЧАВУНАХ
Представлено дат про будову вкраплень графiтуу заевтектичних синтетичних чавунах, що виплавленi на шихтовихматерiалах пiдвищеноi чистоти. Встановлено, що компактнi вкраплення графiту у синтетичному чавунi мають таблитчату будову. Виявлено три морфологiчнихр1зновиди форми графiту, що спостер^аються у високомщних чавунах: чтко огранована кристалЫна (часто шестигранна), агрегати кристалiв р1зно'1' форми, iнодi, що не оконтуренi кристалографiчними площинами та плiвкова (прихованокристалiчна).
Ключовi слова: синтетичний чавун, кулястий графт, морфологiя, петрографiчний анализ, таблитчата форма.
Вступ
Чавун з кулястим графпом е найперспектившшим конструкцшним матерiалом завдяки поеднанню висо-ких службових та технолопчних властивостей. Однак, на жаль, до сьогодення не створено едино! достовiрно! теорп будування графиу у чавунах, що гальмуе ство-рення оптимальних технолопчних процесiв виготовлен-ня виливк1в.
Огляд лiтератури
За вторично сформованими уявленнями будова вкраплень кулястого графiту у чавунах е секторiально-пiрамiдальною (рис. 1 а). За щею схемою елементарнi кристали графиу витягнутi у радiальному напрямку у виглядi пiрамiд або конуав зросту, основу яких склада-ють гексагональт базовi площини кристатчно! гратки, що спiвпадають з поверхнею вкраплення, а вершини сходяться у центр^ уявляючи таким чином сукупнiсть перистих кристалiв, променисто спрямованих з одного центру [1-3]. П1зтше був запропонований гелжо!даль-ний механiзм зростання гексагональних трамвд або конусiв за гвинтовими дислокацiями (рис. 1 б [4]).
Застосування iнших методiв дослвдження та нового сучасного дослiдного обладнання вщкривае новi вщо-мостi про будову вкраплень графиу у чавунах. Так у робой [5] використання дифракцшно-рештешвського методу дозволило встановити, що кулясп вкраплення графiту у чавунах мають не кристалiчну, а перехiдну форму, так звану турбостратну пошарову структуру. Як вщомо [6], у турбостратнiй структурi вiдсутня зако-номiрна орiентацiя шарiв ввдносно гексагонально! вiсi. Основою турбостратно! структури е базиснi площi, будова яких аналопчна графiтовим площинам. Певна кшьшсть площин може з'еднуватися у пакети. На ввдмшу вiд реального графiту у пакетах турбостратно! структури площини розташоваш пiд рiзними кутами вiдносно одна одно!. Пакети за структурою не можна ввднести до кристалiв, тому що в них вщсутня трьохшр-на впорядкованiсть. Тому пакети е двомiрними криста-лами i турбостратну структуру тiльки умовно назива-ють кристалiчною [6].
Через те мехашзми утворення кулястих вкраплень графиу, що були заснованi на кристалографiчних мiрку-ваннях ще мають багато питань i е суперечливими.
© В. Г. 1ванов, 2016 16
СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ. ОП1Р РУЙНУВАННЮ ТА Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1
Постановка задачi
У цiй робот вивчали будову вкраплень графiту у синтетичному чавуш, що виплавляли на шихтових ма-терiалах з мшмальною к1льк1стю шквдливих домiшок. Додатково до металографiчнош та мжрорентгеноспек-трального метода для вивчення будови вкраплень графиту у високомiцному чавунi використовували петрог-рафiчний метод. Останнiй дае можливiсть вивчати вкраплення графiту не тшьки на шлiфi у вщбивному свiтлi, але i в прохвдному - пiсля екстрагування вкраплень з поверхш шлiфа. Крiм того, цей метод дозволяе вiдстежити трансформацш вкраплень графiту, !х морфологию на вах етапах виробництва висою^иного ча-вуну.
Матерiали i методи
Технолопя отримання дослiдного чавуну була ана-логiчною, що була наведена у попереднш роботi [7]. Отриманий метал мав такий остаточний хiмiчний склад (мас. частка, %): 4,59 C; 2,48 Si; 0,042 Mn; 0,042 Cr; 0,92 Ni; 0,472 Cu; 0,012 P; 0,005 S; 0,04 % Mg .
' 77 77 <-*ЗаД
Металографiчний аналiз зразк1в чавуну проводили з використанням мiкроскопiв М1М-7, Axiovert 200 M (Carl Zeiss). Мкрорештеноспектральний аналiз проводили за допомогою електронного растрового мжрос-копа SUPRA 40 WDS (Karl Zeiss).
Петротрафiчнi дослiдження виконували у вщбито-му свгш на мiкроскопi МБИ-6 при збшьшеннях 90-1900. Екстрагування вкраплень кулястого графиту з поверхнi шлiфа здiйснювали за допомогою препараторсько! голки пiд стереоскотчним мiкроскопом МБС-2. Оптичнi вла-стивосп видiлених вкраплень визначали з використанням стандартних наборiв iмерсiйних рвдин на кристало-оптичному мiкроскопi МИН-8 при збiльшеннях 1001000 разiв за методикою, запропонованою у робот [8]. У прохiдному свил визначали форму, розмiри та iншi властивосп графггових вкраплень.
Експерименти
Вкраплення кулястого графиту у синтетичному чавуш отримували за допомогою шкель-магшево! лтату-ри. Пiсля И засвоення ввдбирали проби металу за допомогою кварцових трубок дiаметром 5 мм. Попм з вiдiбраних заготовок виготовляли шлiфи для металог-рафiчното аналiзу та мiкроренттеноспектральното ана-лiзу. Заевтектичний склад чавуну вибирався навмисно для дослвдження видiлення трафiту у якосп ведучо! фази. Також додатково проводили фрактотрафiчний аналiз зламiв зразюв дослiдното чавуну.
Результата
На рис. 2 зображена типова мiкроструктура дослщ-ного чавуну, де видно, що наряду зi звичайним куляс-тим трафiтом, спостерiтався також, так званий, «пщрва-ний» трафiт (exploded graphite). Утворення останнього пов'язують з шдвищеною чистотою шихтових матерь алiв, надлишком рiдкоземельних елементiв, високим
вуглецевим екивалентом або потовщеним перерiзом виливка.
б
Рис. 2. Форма вкраплень граф1ту у дослщному чавуш: а - кулястий графщ б - «пщрваний» граф1т
На рис. 3 наведенi злами зразюв чавуну, що показу-ють внутршню будову трафiтових вкраплень у чаву-нах. Наведенi включения графпу вiдрiзняються великою рiзноманiтнiстю будови центрально! i периферш-но! зон, наявтстю пiр i розривiв, присуттстю стороннiх фаз i з' еднань.
б
Рис. 3. Морфолопя вкраплень графпу на зламах дослщно-го чавуну:
а - зовшшня поверхня вкраплень графпу; б - внутршня будова вкраплень граф1ту
а
ISSN 1607-6885 Hoei MamepiaMU i технологи в металургп та машинобудувант №1, 2016
17
Обговорення
Дослщження графiтових вкраплень у синтетичних чавунах виявило ïx аналогiчну внутршню будову, що спосгерiгалася у висоюстцних чавунах, виплавлених на звичайних шихтових матерiалаx. Встановлено, що у включеннях графiт мае таблитчату форму (агрегати тонких листочков, прямокутних або шестикутних пластинок) i складаеться з безлiчi дрiбниx частинок рiзноï форми. Найтоншi пластини графiту свiтло-сiрого коль-ору прозорi, анiзотропнi, показник свилопереломлю-вання N = 1,98 i вище. На периферiï вкраплень графиу вiдкладалися крупнi таблитчатi кристали, у а цен^ -дрiбнi.
Пластинки, нашаровуючись одна на iншу, утворю-ють пакети - агрегати рiзноï форми. Цi агрегати вже непрозор^ iзотропнi, сiрого кольору з матовою повер-хнею. Найбiльш розповсюджена, що часто спостерта-лася, була шестигранна форма. При цьому, однi з таких агрегапв мають рiвновеликi граш, нерiдко наближаю-чись до окружносп ( кола), iншi - рiзновеликi. Останнi утворюють рiзнi комбiнацiï - призми з пiрамiдальними вершинами.
Поряд з ввдшченими шестигранними формами при-сутш й iншi ,у тому чи^ неправильнi - частинки без кристалографiчниx контурiв або плiвковi з металопода-бним блиском.
Виявлено три морфологiчниx рiзновиди форми гра-фiту, що спостерiгаються у високомщних чавунах: чiтко огранована кристалiчна (часто шестигранна), агрегати кристалiв рiзноï форми, iнодi, що не оконтуреш криста-лографiчними площинами та птвкова (прихованокри-сталiчна).
Висновки
Встановлено, що будова кулястого вкраплення гра-фiту складаеться з первинного кристалiчного графiту,
що утворюе агрегати кристалiв - крупш на периферiï та дрiбнi у центр^ та вторинного плiвкового графиту.
Подяка. Автор висловлюе щиру вдячшсть канд. техн. наук В. П. ПШрожковш (ЗНТУ) та Ю. М. Бортткову (ПАТ «Дшпроспецсталь») за допомогу у проведеннi дослвджень.
Список лтератури
1. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках / Н. Г. Гиршович. - М.- Л. : Машиностроение, 1966. - 563 с.
2. Morrogh, H. Graphite formation in cast irons and in nickelcarbon and cobalt-carbon alloys / Н. Morrogh, WJ. Williams // J Iron Steel Inst. - 1947. - № 155. - Р. 321-371.
3. Бунин К. П. Чугун с шаровидным графитом / К. П. Бунин, Ю. Н. Таран, А. В. Черновол. - К. : Изд-во АН УССР, 1955. - 99 с.
4. Double DD. Growth structure of various forms of graphite / DD. Double, A. Hellawell // The Metallurgy of Cast Iron, /
B. Lux, I. Minkoff, F. Mollard (Eds.), St. Saphorin, Switzerland: Georgi Publishing Company, 1975. - P. 509525.
5. Pencea I. New aspects regarding the structure of spheroidal cast iron carbon inclusions revealed by WAXD investigations / I. Pencea, D. M. Ctefrnescu, R. Ruxanda, F. V. Anghelina //Key Engineering Materials. - 2011. -Т. 457. - С. 120-125.
6. Мелешко, А. И. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты / А. И. Мелешко, С. П. Половников
C. П. - М. : САЙНС-ПРЕСС. 2007. - 192 с.
7. 1ванов В. Г. Морфолопя графиу у заевтектичному синтетичному чавуш / В. Г. 1ванов, В. С. Голтвяница // Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш. -2015. - № 2 - С. 23-27.
8. Лунёв В. В. Неметаллические включения в сталях, чу-гунах и ферросплавах / В. В. Лунёв, В. П. Пирожкова, С. Г. Грищенко. - Запорожье : Днепровский металлург, 2006. - 348 с.
Одержано 25.05.2016
Иванов В.Г. Строение включений графита в синтетических чугунах
Представлены данные о строении включений графита в заэвтектических синтетических чугунах, выплавленных на шихтовых материалах повышенной чистоты. Установлено, что компактные включения графита в синтетическом чугуне имеют таблитчатое строение. Выявлено три морфологические разновидности графита, наблюдаемые в высокопрочных чугунах: четко ограненная кристаллическая (часто шестигранная), агрегаты кристаллов различной формы, иногда, не оконтуренные кристаллографическими плоскостями и пленочная (скрытокристаллическая).
Ключевые слова: синтетический чугун, шаровидный графит, морфология, петрографический анализ, таблитчатая форма.
Ivanov V. The structure of graphite inclusions in synthetic iron
The data on the structure of graphite inclusions in hypereutectic synthetic cast iron melted using the high purity raw materials were presented. The compact graphite inclusions in the synthetic cast iron have a tabular structure was found. Three morphological graphite types are observed in ductile irons: well-faceted crystalline (often hexagonal), aggregates of different crystal shapes, sometimes, non-contoured by crystallographic planes and film-type (cryptocrystalline) were revealed.
Key words: synthetic cast iron, spherical graphite, morphology, petrographic analysis, tabular shape
