limЛитье и металлургияLitiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY)1683-60652414-0406BNTU10.21122/1683-6065-2025-2-52-63lim-3782Research ArticleМатериаловедениеScience of materialsМетодика электрохимического травления для анализа формы и пространственного расположения графитных включений в литом и пластически деформированном чугунеElectrochemical etching technique for analyzing the shape and spatial arrangement of graphite inclusions in as‑cast and plastically deformed cast ironПокровскийА. И.PokrovskyA. I.

г. Минск, ул. Купревича, 10

Minsk, Belarus, 10, Kuprevicha str.

art@phti.byФизико‑технический институт НАН БеларусиБеларусьPhysical‑Тechnical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus202517062025025263Copyright © Покровский А.И., 20252025Покровский А.И.Pokrovsky A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://lim.bntu.by/jour/article/view/3782

Предложены методика выявления формы и пространственного расположения включений графита в структуре чугуна и схема соответствующего устройства. Методика заключается в постепенном электрохимическом растворении (вытравливании) наружного слоя металлической матрицы чугунного образца в электролите. При этом образец служит анодом, а полый цилиндр – катодом. Предложены состав электролита, материал электродов, форма образца, соотношение размеров образца и катода, а также электрические параметры процесса травления. Последние подобраны таким образом, что графитные включения не растворяются, а сохраняются неповрежденными, частично или полностью обнажены и выступают над поверхностью металлической матрицы. Такое расположение делает графитные включения более доступными для исследования их морфологии с помощью растровой электронной микроскопии. Способ наиболее эффективен для выявления строения разветвленных и вытянутых включений графита, например, для подвергнутого горячей пластической деформации высокопрочного чугуна. С помощью данной методики доказан факт пластического течения хрупких графитных включений во время горячего выдавливания литых заготовок. Показано, что получаемая веретенообразная структура графита представляет собой цельный конгломерат, а не рассыпается в порошок, как считалось ранее. При этом установлено, что наиболее интенсивное пластическое течение графита (с максимальной степенью деформации) происходит в первую очередь в поверхностном слое. В центральной части вытянутого графитного включения сохраняются слабои недеформированные ядра характерной сферической формы. Показано, что процесс растворения металлической матрицы происходит постадийно. В первую очередь растворяются ферритная оторочка вокруг графита и ферритная составляющая перлита, а затем цементитные включения, поскольку цементит имеет более положительный электродный потенциал, чем феррит. Поэтому данная методика, кроме выявления морфологии графитных включений, позволяет также проанализировать пространственное расположение цементитных пластин в перлите.

The technique for revealing the shape and spatial arrangement of graphite inclusions in the structure of cast iron and the scheme of the corresponding device are proposed. The method consists in gradual electrochemical dissolution (etching) of the outer layer of the metal matrix of the cast iron sample in the electrolyte. The specimen serves as an anode and a hollow cylinder as a cathode. The composition of the electrolyte, electrode material, sample shape, sample‑to‑cathode size ratio, and electrical parameters of the etching process are proposed. These parameters are selected in such a way that the graphite inclusions do not dissolve but remain intact, partially or completely exposed and protruding above the surface of the metal matrix. This situation makes graphite inclusions more accessible for studying their morphology using scanning electron microscopy. Method is most effective for revealing the structure of branched and elongated graphite inclusions, for example, for ductile cast iron subjected to hot plastic deformation. With the help of this technique the fact of plastic flow of brittle graphite inclusions during hot extrusion of cast specimens is proved. It is shown that the resulting spindle‑shaped graphite structure is a solid conglomerate and does not crumble into powder, as previously thought. It was found that the most intense plastic flow of graphite (with the maximum degree of deformation) occurs primarily in the surface layer. In the central part of the elongated graphite inclusion, weakly deformed or undeformed nuclei of characteristic spherical shape are preserved. It is shown that dissolution of the metal matrix occurs in stages. The ferrite component of pearlite dissolves first and then the cementite inclusions, because cementite has a more positive electrode potential than ferrite. Therefore, this technique, in addition to revealing the morphology of graphite inclusions, also makes it possible to analyze the spatial arrangement of cementite plates in pearlite.

высокопрочный чугунмикроструктуравключения графитаметаллическая матрицаэлектрохимическое травлениерастровая электронная микроскопияморфология поверхностипластическая деформацияductile cast ironmicrostructuregraphite inclusionsmetal matrixelectrochemical etchingscanning electron microscopysurface morphologyplastic deformationРабота выполнена в ФТИ НАН Беларуси (г. Минск) в рамках ГПНИ «Электромагнитные технологии», задание № 3.3.3.ReferencesБеккерт, М. Справочник по металлографическому травлению / М. Беккерт, Х. Клемм. –М.: Металлургия, 1979. – 336 с.Bekkert M., Klemm H. Spravochnik po metallograficheskomu travleniju [Handbook of metallographic etching]. Moscow, Metallurgija Publ., 1979, 336 p.Ямпольский, А. М. Травление металлов / А. М. Ямпольский. – М.: Металлургия, 1980. – 168 с.Jampol’skij A. M. Travlenie metallov [Etching of metals]. Moscow, Metallurgija Publ., 1980, 168 p.Коваленко, В. С. Металлографические реактивы: справочник / В. С. Коваленко. – М.: Металлургия, 1981.Kovalenko V. S. Metallograficheskie reaktivy [Metallographic reagents]. Moscow, Metallurgija Publ., 1981.Баранова, Л. В. Металлографическое травление металлов и сплавов: справочник / Л. В. Баранова, Э. Л. Демина. – М.: Металлургия, 1986. – 256 с.Baranova L. V., Demina Je. L. Metallograficheskoe travlenie metallov i splavov [Metallographic etching of metals and alloys]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986, 256 p.Анисович, А. Г. Практика металлографического исследования материалов / А. Г. Анисович, И. Н. Румянцева. – Минск: Белорусская наука, 2013. – 251с.Anisovich A. G., Rumjanceva I. N. Praktika metallograficheskogo issledovanija materialov [Practice of metallographic examination of materials]. Minsk, Belorusskaja nauka Publ., 2013, 251 p.ГОСТ 3443‑87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. – Введ. 1988–01–07. – М.: Стандартинформ, 2005. – 42 с.GOST 3443–87. Otlivki iz chuguna s razlichnoj formoj grafita. Metody opredelenija struktury [Cast iron castings with different forms of graphite. Methods for determining the structure]. Vved. 1988–01–07. Moscow, Standartinform Publ., 2005, 42 p.Покровский, А. И. Горячая пластическая деформация чугуна: структура, свойства, технологические основы / А. И. Покровский. – Минск: Беларуская навука, 2010. – 256 с.Pokrovskij A. I. Gorjachaja plasticheskaja deformacija chuguna: struktura, svojstva, tehnologicheskie osnovy [Hot plastic deformation of cast iron: structure, properties, technological principles]. Minsk, Belaruskaja navuka Publ., 2010, 256 p.Покровский, А. И. Особенности структурообразования графитных включений в высокопрочном чугуне при литье и горячей пластической деформации / А. И. Покровский // Черные металлы. – 2023. – № 4. – С. 8–15.Pokrovskij A. I. Osobennosti strukturoobrazovanija grafitnyh vkljuchenij v vysokoprochnom chugune pri lit’e i gorjachej plasticheskoj deformacii [Peculiarities of the structure formation of graphite inclusions in high‑strength cast iron during casting and hot plastic deformation]. Chernye metally = Ferrous metals, 2023, no. 4, pp. 8–15.Microstructure and properties evaluation of ductile cast iron subjected to hot plastic deformation and ambient temperature compression / A. S. Chaus [et al.] // Archives of Metallurgy and Materials. – 2023 – Vol. 68, iss. 2. – P. 639–648.Chaus А. S., Čaplovič L., Pokrovskii A. I., Sobota R. Microstructure and properties evaluation of ductile cast iron subjected to hot plastic deformation and ambient temperature compression. Archives of metallurgy and materials, 2023, vol. 68, iss. 2, pр. 639–648.Лев, И. Е. Карбидный анализ чугуна / И. Е. Лев. – М.: Металлургиздат, 1962. – 180 с.Lev I. E. Karbidnyj analiz chuguna [Carbide analysis of cast iron]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1962, 180 p.Лабораторный практикум по металлографии и физическим свойствам металлов и сплавов / Б. И. Кример [и др.]. – М.: Металлургия, 1966. – 248 с.Krimer B. I., Panchenko E. V., Shishko L.A. [et al.] Laboratornyj praktikum po metallografii i fizicheskim svojstvam metallov i splavov [Laboratory practical course on metallography and physical properties of metals and alloys]. Moscow, Metallurgija Publ., 1966, 248 p.Устройство для выявления формы графитных включений в структуре чугуна: патент (полезная модель) 10652 Респ. Беларусь / А. И. Покровский; № u20140426; заявл. 20.11.2014; опубл. 30.04.2015 // Афiц. бюлл. НЦIУ. – 2015. – № 2. – C. 124–125.Pokrovskij A. I. Ustrojstvo dlja vyjavlenija formy grafitnyh vkljuchenij v strukture chuguna: patent (poleznaja model’) [Device for identifying the shape of graphite inclusions in the structure of cast iron: patent (utility model)]. Patent RB, no. u20140426; zajavl. 20.11.2014; opubl. 30.04.2015. Official bulletin of the National center for intellectual property, 2015, no. 2, pp. 124–125Покровский, А. И. Механизм пластической деформации графитных включений в высокопрочном чугуне при обработке давлением / А. И. Покровский // Черные металлы. – 2023. – № 6. – С. 52–60.Pokrovski A. I. Mehanizm plasticheskoj deformacii grafitnyh vkljuchenij v vysokoprochnom chugune pri obrabotke davleniem [Mechanism of plastic deformation of graphite inclusions in high‑strength cast iron during pressure treatment]. Chernye metally = Ferrous metals, 2023, no. 6, pp. 52–60.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.