CC BY
10
https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-13-15 Поступила 03.01.2024
УДК 621.745.35 Received 03.01.2024
МЕХАНИЗМ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Е. И. МАРУКОВИЧ, В. Ю. СТЕЦЕНКО, Ассоциация литейщиков и металлургов Республики Беларусь, г. Минск, Беларусь, ул. Я. Коласа, 24. E-mail: [email protected]
А. В. СТЕЦЕНКО, Белорусско-Российский университет, г. Могилев, Беларусь, пр. Мира, 43
Разработан наноструктурный механизм перекристаллизации углеродистых сталей. Сначала из элементарных на-нокристаллов железа и графита, свободных атомов железа и углерода образуются структурообразующие нанокри-сталлы аустенита, феррита и цементита. Из них формируются центры кристаллизации микрокристаллов фаз. Затем из этих центров, структурообразующих нанокристаллов фаз, свободных атомов железа и углерода образуются микрокристаллы аустенита, феррита и цементита углеродистых сталей.
Ключевые слова. Углеродистые стали, перекристаллизация, наноструктурные процессы, центры кристаллизации, микрокристаллы, нанокристаллы. Для цитирования. Марукович, Е. И. Механизм перекристаллизации углеродистых сталей / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко //Литье и металлургия. 2024. № 1. С. 13-15. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-13-15.
THE MECHANISM OF RECRYSTALLIZATION OF CARBON STEELS
E.I. MARUKOVICH, V. Yu. STETSENKO, Association of Foundrymen and Metallurgists of Belarus,
Minsk, Belarus, 24, Ya. Kolasa str. E-mail: [email protected]
A. V. STETSENKO, Belarusian-Russian University, Mogilev, Belarus, 43, Mira ave.
A nanostructural mechanism for recrystallization of carbon steels has been developed. First, structure-forming nanocrystals of austenite, ferrite and cementite are formedfrom elementary nanocrystals of iron and graphite, free iron and carbon atoms. The crystallization centers of microcrystals ofphases are formed from them. From these centers, structure-forming nanocrystals of phases, free iron and carbon atoms, microcrystals of austenite, ferrite and cementite of carbon steels are formed.
Keywords. Carbon steels, recrystallization, nanostructural processes, crystallization centers, microcrystals, nanocrystals. For citation. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. The mechanism of recrystallization of carbon steels. Foundry production and metallurgy, 2024, no. 1, pp. 13-15. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-13-15.
При температурах выше 727 °C перекристаллизация углеродистых сталей, содержащих до 0,8 % углерода, происходит согласно реакции [1]
Амк1 = Фмк1 + Амк2 , (1)
где Амк1, Амк2 - микрокристаллы аустенита с различной концентрацией углерода; Фмк1 - микрокристаллы феррита.
Микрокристаллы аустенита Амк1 имеют структуру [2]
Амк1 = Fe3Kl + Fea1 + Гэн1 + Са1 , (2)
где Fe^ и Гэн1 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feai и Cai - свободные атомы железа и углерода.
При реакции (1) Амк1 распадаются согласно (2). Тогда образование Фмк1 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Фсн1 )
F<^h2 + Fea2 + Гэн2 + Са2 = Фсн1 , (3)
где Fe^ и Гэн2 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Fe^ и Ca2 - свободные атомы железа и углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Фцк1 )
Фсн1 + Fea2 + Ca2 = Фцк1 . (4)
14
FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY 12024
Fe3Kl = = Feэн2 + F(^h3
Fea1 = Fea2 +Fea3 ;
Гэн1 = Гэн2 + Гэн3;
Cal = Ca2- + Саз.
Заканчивается процесс формирования Фмк1 реакцией
Фцк1 + Фсн1 + ^а2 + Са2 = Фмк1 . (5)
Аналогично происходит образование Амк2. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Асн2 )
^эн3 + Feа3 + Гэн3 + Са3 = Асн2 . (6) Затем образуются центры кристаллизации (Ацк2 )
Асн2 + ^а3 + Са3 = Ацк2 . (7)
Заканчивается процесс формирования Амк2 реакцией
Ацк2 + Асн2 + Feа3 + Са3 = Амк2 . (8) При этом справедливы следующие уравнения:
(9)
При температуре 727 °С перекристаллизация углеродистой стали, содержащей 0,8 % углерода, происходит при эвтектоидной реакции [1]
Амк3 = Фмк2 + Цмк1 , (10)
где Амк3, Фмк2 и Цмк1 - микрокристаллы аустенита, феррита и цементита соответственно. Микрокристаллы аустенита Амк3 имеют структуру [2]
Амк3 = ^эн4 + ^а4 + Гэн4 + Са4. (11)
При реакции (10) Амк3 распадаются согласно (11). Тогда образование Фмк2 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Фсн2 )
Feэн5 + + Гэн5 + Са5 = Фсн2. (12)
Затем образуются центры кристаллизации (Фцк2 )
Фсн2 + Feа5 + Са5 = Фцк2 . (13)
Заканчивается процесс формирования Фмк2 реакцией
Фцк1 + Фсн1 + Feа5 + Са5 = Фмк2 . (14)
Аналогично при образовании Цмк1 сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Цсн1 )
^эн6 + Feа6 + Гэн6 + Са6 = Цсн1 . (15)
Затем образуются центры кристаллизации (Ццк1)
Цсн1 + + Са6 = Ццк1 . (16)
Заканчивается процесс формирования Цмк1 реакцией
Ццк1 + Цсн1 + Feа6 + Са6 = Цмк1 . (17)
При этом справедливы уравнения:
Feэн4 = ^эн5 + Feэн6; Fe . = Fe - + Fe , •
(18)
F^H4 = = Feэн5 + F^h6
Fea4 = Fea5 +Fea6 ;
Г эн4 = Гэн5 + Гэн6 ;
Ca4 = Ca5 " + Ca6.
При температурах выше 727 °С перекристаллизация углеродистых сталей, содержащих более 0,8 % углерода, происходит согласно реакции [1]
Амк4 = Амк5 + Цмк2 , (19)
где Амк4, Амк5 - микрокристаллы аустенита с различной концентрацией углерода; Цмк2 - микрокристаллы цементита.
Микрокристаллы аустенита Амк4 имеют структуру [2]
Амк4 = ^еэн7 + ^еа7 + эн7 + Са7
При реакции (19) Амк4 распадаются согласно (20). Тогда образование Амк5 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Асн5 )
^еэн8 + ^еа8 + Гэн8 + Са8 = Асн5 . (21)
Затем образуются центры кристаллизации (Ацк5 )
Асн5 + ^еа8 + Са8 = Ацк5 . (22) Заканчивается процесс формирования Амк5 реакцией
Ацк5 + Асн5 + ^еа8 + Са8 = Амк5 . (23) Аналогично происходит образование Цмк2. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Цсн2 )
Реэн9 + Реа9 + Гэн9 + Са9 = Цсн2 . (24) Затем образуются центры кристаллизации (Ццк2 )
Цсн2 + Реа9 + Са9 = Ццк2 . (25)
Заканчивается процесс формирования Цмк2 реакцией
Ццк2 + Цсн2 + Реа9 + Са9 = Цмк2 . (26) При этом справедливы уравнения:
(27)
Таким образом, механизм перекристаллизации углеродистых сталей является наноструктурным, в котором основную роль играют элементарные нанокристаллы железа и графита, структурообразующие нанокристаллы аустенита, феррита и цементита.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воздвиженский, В. М. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении / В. М. Воздвиженский, В. А. Грачев, В. В. Спасский. - М.: Машиностроение, 1984. - 432 с.
2. Марукович, Е. И. Влияние газов на кристаллизацию углеродистых сталей / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Сте-ценко // Литейное производство. - 2023. - № 6. - С. 7-10.
3. Марукович, Е. И. Наноструктурная кристаллизация литейных сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко // Литье и металлургия. - 2022. - № 3. - С. 13-19.
REFERENCES
1. Vozdvizhenskij V. M., Grachev V. A., Spasskij V. V. Litejnye splavy i tekhnologiya ih plavki v mashinostroenii [Foundry alloys and their melting technology in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1984, 432 p.
2. Marukovich E. 1, Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Vliyanie gazov na kristallizaciyu uglerodistyh stalej [Effect of gases on carbon steels crystallization]. Litejnoe proizvodstvo = Foundry. Technologies and equipment, 2023, no. 6, pp. 7-10.
3. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Nanostrukturnaya kristallizaciya litejnyh splavov [Nanostructural crystallization of casting alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2022, no. 3, pp. 13-19.
Fe3K7 = = F^H8 + F^h9
Fea7 = Fea8 + Fea9 i
Гэн7 = Гэн8 + Гэн9;
Ca7 = Ca8 " + Ca9.
