CC BY
1
https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-3-57-60 УДК 621.745.35
Поступила 02.09.2024 Received 02.09.2024
ВТОРИЧНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТРУКТУРЕ СЕРЫХ ЧУГУНОВ
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, МОУВО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, Беларусь, пр. Мира, 43
Предложен наноструктурный механизм вторичных превращений в структуре серых чугунов. Сначала из элементарных нанокристаллов железа и графита, свободных атомов железа и углерода образуются структурообразующие на-нокристаллы аустенита, феррита, цементита и графита. Из них формируются центры кристаллизации микрокристаллов фаз. Из этих центров, структурообразующих нанокристаллов фаз, свободных атомов железа и углерода образуются микрокристаллы аустенита, феррита, цементита и графита бинарных серых чугунов.
Ключевые слова. Серые чугуны, вторичные превращения, наноструктурные процессы, центры кристаллизации, микрокристаллы, нанокристаллы.
Для цитирования. Марукович, Е. И. Вторичные превращения в структуре серых чугунов / Е. И. Марукович, В. Ю. Сте-ценко, А.В. Стеценко // Литье и металлургия. 2024. № 3. С 57-60.. https://doi.org/10.21122/ 1683-6065-2024-3-57-60.
SECONDARY TRANSFORMATIONS IN THE STRUCTURE OF GREY CAST IRON
E.I. MARUKOVICH, V. Yu. STETSENKO, Association of Foundrymen and Metallurgists of Belarus,
Minsk, Belarus, 24, Ya. Kolas str. E-mail: [email protected]
A. V. STETSENKO, Belarusian-Russian University, Mogilev, Belarus, 43, Mira ave.
A nanostructural mechanism of secondary transformations in the structure of gray cast iron is proposed. First, structure-forming nanocrystals of austenite, ferrite, cementite and graphite are formed from elementary nanocrystals of iron and graphite, free atoms of iron and carbon. The crystallization centers of microcrystals ofphases are formed from them. From these centers, structure-forming nanocrystals ofphases, free iron and carbon atoms, microcrystals of austenite, ferrite, cementite and graphite of binary gray cast irons are formed.
Keywords. Grey cast iron, secondary transformations, nanostructural processes, crystallization centers, microcrystals, nanocrystals. For citation. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Secondary transformations in the structure of grey cast iron. Foundry production and metallurgy, 2024, no.3, pp. 57-60.. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-3-57-60.
При температурах выше 738 °C в структуре серых чугунов происходят превращения согласно следующей реакции [1]:
Амк1 = Амк2 + Гмк1 , (1)
где Амк1 и Амк2 - микрокристаллы аустенита с различной концентрацией углерода; Гмк1 - микрокристаллы графита.
Микрокристаллы аустенита Амк1 имеют следующую 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 Амк2 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются
структурообразующие нанокристаллы (Асн2 )
^эн2 + Fea2 + Гэн2 + Са2 = Асн2 , (3)
где Feэн2 и Гэн2 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feа2 и С^ - свободные атомы железа и углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Ацк2) по реакции:
Асн2 + Feа2 + Са2 = цк2 (4)
Заканчивается процесс формирования Амк2 по реакции:
Ацк2 + Асн2 + Feа2 + Са2 = Амк2 . (5)
Аналогично образование Гмк1 происходит следующим образом. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Гсн1 )
Гэн3 + Са3 = Гсн1 , (6) где Гэнз и Саз - элементарные нанокристаллы графита и свободные атомы углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Гцк1) по реакции:
Гсн1 + Са3 = Гцк1 . (7)
Заканчивается процесс формирования Гмк1 по реакции:
Гцк1 + Гсн1 + Са3 = Гмк1 . (8)
При этом справедливы уравнения:
Fe3Kl = Fe3K2, Fea1 = Fea2, Гэн1 = Гэн2 + Гэн3, Ca1 = Ca2 + Ca3.
(9)
При температуре 727 °С в структуре серого чугуна происходит превращение согласно следующей эвтектоидной реакции [1]:
Амк3 = Фмк1 + Цмк1, (10)
где Амк3, Фмк1 и Цмк1 - микрокристаллы аустенита, феррита и цементита.
Микрокристаллы аустенита Амк3 имеют следующую структуру [2]:
Амк3 = ^эн3 + ^а3 + Гэн4 + Са4 , (11)
где Feэн4 и Гэн4 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feаз и Са4 - свободные атомы железа и углерода.
При реакции (10) Амк3 распадаются согласно (11). Тогда образование Фмк1 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Фсн1) по реакции:
^эн4 + ^а4 + Гэн5 + Са5 = Фсн1 , (12)
где Feэн4 и Гэн5 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feа4 и Са5 - свободные атомы железа и углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Фцк1 ) по реакции:
Фсн1 + ^а4 + Са5 = Фцк1 . (13)
Заканчивается процесс формирования Фмк1 по реакции:
Фцк1 + Фсн1 + Feа4 + Са5 = Фмк1 . (14)
Аналогично, образование Цмк1 происходит следующим образом. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Цсн1 ) по реакции:
Feэн5 + + Гэн6 + Са6 = Цсн1 , (15)
где Feэн5 и Гэнб - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feа5 и Саб - свободные атомы железа и углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Ццк1) по реакции:
Цсн1 + + Са6 = Ццк1 . (16)
Заканчивается процесс формирования Цмк1 по реакции:
Ццк1 + Цсн1 + + Са6 = Цмк1 . (17) При этом справедливы уравнения:
Feэн3 = Feэн4 + ^эн5,
Feа3 = Feа4 + ^аЗ» (18) Гэн4 = Гэн5 + Гэн6, Са4 = Са5 + Са6.
При температуре 738 °С в структуре серого чугуна происходит превращение согласно следующей эвтектоидной реакции [1]:
Амк4 = Фмк2 + Гмк2 , (19)
где Амк4 , Фмк2 и Гмк2 - микрокристаллы аустенита, феррита и графита. Микрокристаллы аустенита Амк4 имеют следующую структуру [2]:
Амк4 = ^эн6 + Feа6 + Гэн7 + Са7 , (20)
где Feэн6 и Гэн7 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feа6 и Са7 - свободные атомы железа и углерода.
При реакции (19) Амк4 распадаются согласно (20). Тогда образование Фмк2 является наноструктур-ным кристаллизационным процессом и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются струкгурообразующие нанокристаллы (фсн2 )
^эн7 + Feа7 + Гэн8 + Са8 = Фсн2 , (21)
где Feэн7 и Гэн8 - элементарные нанокристаллы железа и графита; Feа7 и Са8 - свободные атомы железа и углерода.
Затем образуются центры кристаллизации (Фцк2 )
Фсн2 + Feа7 + Са8 = Фцк2 . (22)
Заканчивается процесс формирования Фмк2 по реакции:
Фцк2 + Фсн2 + Feа7 + Са8 = Фмк2 . (23)
Аналогично образование Гмк2 происходит следующим образом. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Гсн2 ) по реакции:
Гэн9 + Са9 = Гсн2 , (24)
где Гэн9 и Са9 - элементарные нанокристаллы графита и свободные атомы углерода. Затем образуются центры кристаллизации (Гцк2 ) по реакции:
Гсн2 + Са9 = Гцк2 . (25)
Заканчивается процесс формирования Гмк2 по реакции:
Гцк2 + Гсн2 + Са9 = Гмк2 . (26)
При этом справедливы уравнения:
Feэн6 = Feэн7, ^а6 = ^ Гэн7 = Гэн8 + Гэн9' Са7 = Са8 + Са9.
(27)
Таким образом, механизм вторичных превращений в структуре серых чугунов является нанострук-турным, в котором основную роль играют элементарные нанокристаллы железа и графита, структурообразующие нанокристаллы аустенита, феррита, цементита и графита.
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 ihplavki v mashinostroenii [Foundry alloys and their melting technology in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1984, 432 p.
2. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Vliyanie gazov na kristallizaciyu uglerodistyh stalej [The effect of gases on the crystallization of carbon steels]. 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 foundry alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2022, no. 3, pp. 13-19.
