Особенности распределения химических элементов во включениях графита в литом и деформированном высокопрочном чугуне

Для понимания механизма зарождения и роста графитных включений при высокотемпературной кристаллизации расплава чугуна чрезвычайно важны данные о том, как распределяются химические элементы в графите. Это также важно и для понимания механизмов последующей пластической деформации чугуна.

Описана специфика микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) графитных включений сферической формы в чугуне, связанная с выбором исследуемого сечения образца. Наиболее достоверны и информативны результаты, когда включение графита рассекается плоскостью шлифа ровно посередине.

Проведен сравнительный МРСА распределения химических элементов по сечению графитных включений в литом и деформированном (методом горячего выдавливания) высокопрочном чугуне. В литом состоянии в центре включений, помимо основного элемента (углерода), обнаружены аномалии распределения концентраций ряда элементов. Магний, кремний, сера, кислород, иногда железо показывают повышенное содержание в центре. Это, вероятно, связано с наличием в расплаве чугуна при кристаллизации микрочастиц оксидов, сульфидов и оксисульфидов (либо включений кремнистого феррита), на которых в дальнейшем происходит рост графитных включений.

В деформированном чугуне аномалии распределения элементов во включениях в значительной мере устраняются и распределение становится более однородным, причем чем выше степень обжатия, тем выше однородность химического состава. Так, в некоторой мере неоднородность распределения состава еще встречается в продольном сечении при деформации со степенью обжатия 60 %. При степени обжатия 80 % включение в поперечном сечении становится практически полностью однородным по химическому составу.

1. Total Casting Tons Dip in 2019 // Modern Casting. – January 2021. – P. 28–30.

2. Леушин, И. О. Современные тренды производства чугунного литья / И. О. Леушин, А. Г. Панов // Черные металлы. – 2021. – № 7.

3. Millis K. D. [et al.] Cast ferrous alloy. Patent US 2485760, заявл. 21.11.1947, опубл. 25.10.1949.

4. Возможности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом неисчерпаемы. Ч. 1 / Н. Н. Александров [и др.] // Литейное производство. – 2013. – № 11. – С. 7–11.

5. Роготовский, А. Н. О современных теориях и гипотезах формирования шаровидного графита в литой структуре чугунов / А. Н. Роготовский, А. А. Шипельников // Литейное производство. – 2014. – № 4. – С. 5–7.

6. Баранов, А. А. К теории образования в чугуне шаровидного графита / А. А. Баранов, Д. А. Баранов // Металл и литье Украины. – 2003. – № 9–10. – С. 42–45.

7. Найдек, В. Л. Шаровидный графит в чугунах / В. Л. Найдек, И. Г. Неижко, В. П. Гаврилюк // Процессы литья. – 2012. – № 5. – С. 33–42.

8. Найдек, В. Л. Некоторые размышления о механизме образования шаровидного графита в чугуне / В. Л. Найдек, А. М. Верховлюк // Процессы литья. – 2014. – № 1. – С. 49–54.

9. Stefanescu, D. M. Solidification and modeling of cast iron – A short history of the defining moments / Stefanescu D. M. // Materials Science and Engineering A. – 2005. – Vol. 413–414. – P. 322–333.

10. Kinetics of nucleation and growth of graphite at different stages of solidification for spheroidal graphite iron / G. Alonso [et al.] // International Journal of Metalcasting. – 2017. – Vol. 11. – P. 14–26.

11. Revisiting the graphite nodule in ductile iron / E. Ghassemali [et al.] // Scripta Materialia. – 2019. – Vol. 161. – P. 66–69.

12. Stefanescu, D. M. The meritocratic ascendance of cast iron: from magic to virtual cast iron / D. M. Stefanescu // International Journal of Metalcasting. – 2019. – Vol. 13, iss. 4. – P. 726–752.

13. Graphite nucleation in compacted graphite cast iron / G. Alonso [et al.] // International Journal of Metalcasting. – 2020. – Vol. 14. – P. 1162–1171.

14. Покровский, А. И. Горячая пластическая деформация чугуна: структура, свойства, технологические основы / А. И. Покровский. – Минск: Беларуская навука, 2010. – 256 с.

15. Chaus, A. S. Effect of hot plastic deformation on microstructural changes in cast iron with globular graphite / A. S. Chaus, J. Sojka, A. I. Pokrovskii // The Physics of Metals and Metallography. – 2013. – Vol. 114. №. 1. – P. 85–94.

16. 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. № 2. – P. 639–648.

17. 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.

18. Покровский, А. И. Механизм пластической деформации графитных включений в высокопрочном чугуне при обработке давлением / А. И. Покровский // Черные металлы. – 2023. – № 6. – С. 52–60.