limЛитье и металлургияLitiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY)1683-60652414-0406BNTUlim-721Research ArticleМатериаловедениеScience of materialsСРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗЛОМОВ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА В ЛИТОМ И ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИCOMPARATIVE RESEARCHES OF FRACTURES OF HIGH-STRENGTH CAST IRON IN THE AS-CAST AND DEFORMED STATEПокровскийА. И.PokrovskyA. I.

Pokrovsky Artur, Physical and Technical Institute of National Academy of Sciences of Belarus, 10 Kuprevich Str., Minsk, 220141, Belarus. E-mail: arturu@tut.by.

arturu@tut.byХрольИ. Н.KhrolI. N.arturu@tut.byФизико-технический институт НАН БеларусиБеларусьPhysical-Engineering Institute of the NAS of BelarusBelarusМинистерство промышленности Республики БеларусьБеларусьMinistry of the Industry of Republic of BelarusBelarus20152001201604131145Copyright © Покровский А.И., Хроль И.Н., 20162016Покровский А.И., Хроль И.Н.Pokrovsky A.I., Khrol I.N.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/721

Представлены результаты сравнительных исследований фрактограмм высокопрочного чугуна в литом состоянии и после горячей пластической деформации. Показан характер изменения формы и морфологии включений графита, а также структуры металлической матрицы по мере увеличения степени деформации от 0 (литое состояние) до 80%. При помощи метода электрохимического вытравливания с растворением металлической матрицы и постепенным обнажением поверхности включений графита впервые наглядно продемонстрирована их аксонометрия. Доказано, что при горячей деформации чугуна происходит пластическое течение включений графита. Показано, что во включении графита существуют различные зоны деформации, распределенные неравномерно: в большей мере деформируются краевые зоны, а в центральной части может сохраняться присущая исходному сферическому включению радиальная структура. Факт того, что большая часть включений графита в изломе деформированного высокопрочного чугуна оказалась неповрежденной (обнаружено весьма малое количество разрушенных включений) может изменить сложившееся мнение о роли графита как о месте зарождения трещины. Высказано предположение, что трещина зарождается в металлической матрице (вероятно, на границе между перлитом и ферритом) и распространяется от включения к включению графита, огибая, но не повреждая их.

The results of comparative studies of fracture surfaces of high-strength cast iron in the as-cast state and after hot direct extrusion through an aperture of a conical die are presented.

The shape change of graphite inclusions and components of the metal matrix is examined with increasing the reduction ratio from 0 (as-cast state) to 80%.

For the fist time, using the electrochemical etching of the metal matrix of the cast iron, it is demonstrated experimentally that at plastic deformation the ductile flow of graphite inclusions occurs without fracturing of the latter. The surface morphology of a deformed graphite inclusion is revealed. It is shown that inside the inclusion the strain is distributed non-uniformly: the peripheral zones are deformed to a larger extent while the central part may retain its original radial structure.

The fact that the most part of graphite inclusions on the fracture surface of the deformed cast iron appeared undamaged (very small amount of fractured inclusions was observed) testifies against the common opinion that graphite acts as a crack nucleation site. A hypothesis is put forward that the crack nucleates in the metal matrix, presumably at the pearlite/ferrite interface, and propagates from one graphite inclusion to another rounding but not damaging the latter.

горячая пластическая деформациявысокопрочный чугунструктураметаллическая матрицавключения графитаThe results of comparative studies of fracture surfaces of high-strength cast iron in the as-cast state and after hot direct extrusion through an aperture of a conical die are presented. The shape change of graphite inclusions and components of the metal matrix is examined with increasing the reduction ratio from 0 (as-cast state) to 80%. For the fist timeusing the electrochemical etching of the metal matrix of the cast ironit is demonstrated experimentally that at plastic deformation the ductile flow of graphite inclusions occurs without fracturing of the latter. The surface morphology of a deformed graphite inclusion is revealed. It is shown that inside the inclusion the strain is distributed non-uniformly: the peripheral zones are deformed to a larger extent while the central part may retain its original radial structure. The fact that the most part of graphite inclusions on the fracture surface of the deformed cast iron appeared undamaged (very small amount of fractured inclusions was observed) testifies against the common opinion that graphite acts as a crack nucleation site. A hypothesis is put forward that the crack nucleates in the metal matrixpresumably at the pearlite/ferrite interfaceand propagates from one graphite inclusion to another rounding but not damaging the latter.ReferencesОсновы металлографии чугуна / К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран. М.: Металлургия, 1969. 416 с.Bunin K. P., Malinochka J a. N., TaranJ u. N. Osnovy metallografii chuguna [Fundamentals of iron metallography]. Moscow, Metallurgija Publ., 1969. 416 p.Справочник по металлографическому травлению / М. Беккерт, Х. Клемм. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. 336 с.Bekkert M., Klemm H. Spravochnik po metallograficheskomu travleniju [Reference metallographic etching]. Moscow, Metallurgija Publ., 1979, 336 p.Металлографическое травление металлов и сплавов: Справ. изд. / Л. В. Баранова, Л. М. Демина. М.: Металлургия, 1986. 256 с.Baranova L. V., Demina L. M. Metallograficheskoje travlenije metallov i splavov [Metallographic etching of metals and alloys]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986. 256 p.ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. М.: Стандартинформ, 2005. 42 с.GOST 3443-87. Otlivki iz chuguna s razlichnoj formoj grafita. Metody opredelenija struktury [Castings of iron with various forms of graphite. Methods for determination of the structure]. Moscow, Standartinform Publ., 2005. 42 p.Пластическая деформация чугуна / Ю. Т. Антонишин. Минск: Навука i тэхнiка, 1991. 119 с.Antonishin J u. T. Plasticheskaja deformatsija chuguna [Plastic deformation of cast iron]. Minsk, Navuka i Tehnika Publ., 1991. 119 p.Горячая пластическая деформация чугуна: структура, свойства, технологические основы / А. И. Покровский. Минск: Беларуская навука, 2010. 256 с.Pokrovskij A. I. Gorjachaja plasticheskaja deformatsija chuguna: struktura, svojstva, tehnologicheskije osnovy [Hot plastic deformation of iron: structure, properties, processing base.]. Minsk, Belaruskaja navuka Publ., 2010. 256 p.Влияние горячей пластической деформации на изменения микроструктуры чугуна с шаровидным графитом / А. С. Чаус, Я. Сойка, А. И. Покровcкий // Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. № 1. С. 94–104.Chaus A. S., Sojka Ja., Pokrovskij A. I. Vlijanije gorjachej plasticheskoj deformatsii na izmenenija mikrostruktury chuguna s sharovidnym grafitom [Effect of hot plastic deformation changes the microstructure of nodular cast iron]. Fizika metallov i metallovedenije – Physics of Metals and Metallography, 2013, vol. 114, no. 1, pp. 94–104.Влияние формы графитовых включений на акустические характеристики изделий из литого и деформированного чугуна / А. И. Покровский, А. С. Чаус, Э. Б. Куновский // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 7 (673). С. 3–10.Pokrovskij A. I., Chaus A. S., Kunovskij E. B. Vlijanije formy grafitovyh vkljuchenij na akusticheskije harakteristiki izdelij iz litogo i deformirovannogo chuguna [Impact of the shape of graphite inclusions in the acoustic characteristics of products from cast and deformed iron]. Metallovedenije i termicheskaja obrabotka metallov – Metal Science and heat treatment of metals. 2011, no. 7, pp. 3–10.Покровский А. И. Пластическое течение включений цементита и графита при обработке давлением чугуна // Литье и металлургия. 2013. № 1 (69). С. 88–95.Pokrovskij A. I. Plasticheskoje techenije vkljuchenij tsementita i grafita pri obrabotke davlenijem chuguna [Plastic flow cementite and graphite inclusions in the processing of pressure cast iron]. Lit’e i metallurgija – Foundry Production and metallurgy, 2013, no. 1 (69), pp. 88–95.Покровский А. И., Лущик П. Е. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и особенности структурообразования чугуна при горячем выдавливании // Литье и металлургия. 2014, № 4 (77). С. 33–44.Pokrovskij A. I., Luschik P. E. Chislennoje modelirovanije naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija i osobennosti strukturoobrazovanija chuguna pri gorjachem vydavlivanii [Numerical simulation of stress-strain state and peculiarities of structure of iron during hot extrusion]. Lit’e i metallurgija – Foundry Production and metallurgy, 2014, no. 4 (77), pp. 33–44.Энгель Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение: Справ. / Пер. с нем. М.: Металлургия, 1986. 232 с.Engel’ L., Klingele G. Rastrovaja elektronnaja mikroskopija. Razrushenije [Scanning electron microscopy. Destruction. Directory]. Moscow, Metallurgija Publ., 1986. 232 p.Изломы конструкционных сталей: Справ. изд. / Л. П. Герасимова, А. А. Ежов, М. И. Маресев. М.: Металлургия, 1987. 272 с.Gerasimova L. P., Jezhov A. A., Maresev M. I. Izlomy konstruktsionnyh stalej [Fractures of structural steels: Reference Vol.]. Moscow, Metallurgija Publ., 1987. 272 p.Высокопрочный чугун в автомобилестроении / М. П. Шебатинов, Ю. Е. Абраменко, Н. И. Бех. М.: Машиностроение, 1988. 216 с.Shebatinov M. P., Abramenko Ju. E., Beh N. I. Vysokoprochnyj chugun v avtomobilestrojenii [High-strength cast iron in the automotive]. Moscow, Mashinostrojenije Publ., 1988. 216 p.Пат. Респ. Беларусь № 10650 от 02.02.2015 по заявке u20140426 от 20.11.2014. Покровский А. И. Устройство для выявления формы графитных включений в структуре чугуна.Pokrovskij A. I. Ustrojstvo dlya vyyavleniya formy grafitnyh vklyucheniy v strukture chuguna [An apparatus for detecting inclusions in the form of graphite structure of cast iron]. Patent RB, no. 10650, 2015.Пат. Респ. Беларусь № 10652 от 02.02.2015 по заявке u20140426 от 20.11.2014. Покровский А. И. Устройство для выявления формы графитных включений в структуре чугуна.Pokrovskij A. I. Ustrojstvo dlya vyyavleniya formy grafitnyh vklyucheniy v strukture chuguna [An apparatus for detecting inclusions in the form of graphite structure of cast iron]. Patent RB, no. 10652, 2015.Бриджмен П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: Изд-во иностранной литературы, 1955. 444 с.Bridzhmen P. V. Issledovanije bol’shih plasticheskih deformatsij i razryva [Study of large plastic deformation and fracture]. Moscow, Izdatel’stvo inostrannoj literatury Publ., 1955. 444 p.

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