МИКРОЛИКВАЦИЯ КРЕМНИЯ В ЧУГУНАХ

В литературе представлены противоречивые данные о ликвации кремния в чугунах. Авторы ранее опубликованных работ изучали микроликвацию кремния в дендритной ячейке, состоящей из первичного аустенита и нарастающего на поверхности первичного аустенита эвтектического аустенита. Поскольку содержание кремния в аустените влияет на температуру и полноту протекания фазовых превращений в процессе охлаждения и термообработки, отсутствие данных о ликвации кремния не позволяет правильно предсказывать возможную микроструктуру чугуна в литом состоянии и после термообработки. Методами микрорентгеноспектрального анализа и расчетами неравновесной кристаллизации в программе Thermo-Calc изучена микроликвация кремния в сером чугуне состава Fe  +  3,11  %  С  + +  1,6  %  Si  +  0,4  %  Mn. Экспериментально обнаружить микроликвацию кремния в первичном аустените чугуна не удалось. Содержание кремния в первичном аустените изучаемого чугуна составило ≈  2  % и оказалось выше, чем в эвтектическом аустените ≈  1,5  %. По результатам расчетов неравновесной кристаллизации в указанных чугунах ликвация кремния в первичном аустените незначительна. Путем рас- четов неравновесной кристаллизации тройных сплавов железо – кремний – углерод [Fe  +  1,5  %  Si  +  X  %  C], где X = 1,5; 2,8; 3,7 показано, что при 1,5  %  С кристаллизуется только первичный аустенит и микроликвация будет прямой (содержание кремния в центре дендритных ячеек меньше, чем на их периферии). В сплаве, содержащем 2,8  %  С, микроликвация кремния в первичном аустените также будет прямой, но при кристаллизации аустенитно-графитной эвтектики на кристаллах первичного аустенита будет нарастать эвтектический аустенит, в  котором содержание кремния будет снижаться, т. е. наблюдаться так называемая двойная ликвация с образованием ободка (максимальное содержание кремния – на границе между первичным и эвтектическим аустенитом). При содержании углерода 3,7  % доля первичных кристаллов аустенита в сплаве будет незначительной, поэтому большая часть дендритной ячейки будет состоять из эвтектического аустенита, содержание кремния в котором по ходу кристаллизации будет снижаться. В этом случае должна наблюдаться так называемая обратная микроликвация кремния.

1. Малиночка Я.Н. Фазовые состояния и внутрикристаллическая ликвация в Fe-C-Si сплавах // Литейное производство. 1957. № 10. С. 19 – 22.

2. Малиночка Я.Н. Дендритная ликвация кремния в сталях // Сталь. 1958. № 12. С. 1130 – 1132.

3. Малиночка Я.Н. О внутрикристаллической ликвации кремния в сером чугуне // Литейное производство. 1959. № 1. С. 32 – 36.

4. Малиночка Я.Н. Характер микроликвации кремния в сталях и чугунах // Изв. вуз. Черная металлургия. 1962. № 7. С. 165 – 171.

5. Малиночка Я.Н., Масленков С.Б., Егоршина Т.В. Исследование микроликвации в чугуне с помощью электронного зонда // Литейное производство. 1963. № 1. С. 22 – 25.

6. Жуков А.А. Ликвация кремния в магниевом чугуне // Металловедение и термическая обработка металлов. 1968. № 5. С. 54 – 56.

7. Жуков А.А. Геометрическая термодинамика сплавов железа. – 2-е изд., перераб. – М.: Металлургия, 1979. – 232 с.

8. Костылева Л.В., Ильинский В.А. Ликвация кремния в сплавах Fe-C // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. № 12. С. 39 – 43.

9. Jiyang Z. Colour metallography of cast iron // China foundry. 2009. Vol. 6. No. 4. P. 336 – 374.

10. Owhadi A., Hedjazi J., Davami P. etc. Microsegregation of manganese and silicon in high manganese ductile iron // Materials science and technology. 1997. Vol. 13. No.10. P. 813 – 817.

11. Pietrowski S., Gumienny G. Microsegregation in nodular cast iron with carbides // Archives of Foundry Engineering. 2012. Vol. 12. No. 4. P. 127 – 134.

12. Zhukov A.A. Thermodynamics of microsegregation and influence of elements on structure of unalloyed and alloyed cast iron // Metal Science. 1978. Vol. 12. No. 11. P. 521 – 524.

13. Lacaze J. Solidification of spheroidal graphite cast irons: III. Microsegregation related effects // Acta mater. 1999. Vol. 47. No. 14. P. 3779 – 3792.

14. Selig C., Lacaze A. Study of microsegregation buildup during solidification of spheroidal graphite cast iron // Metallurgical and Materials Transactions B. 2000. Vol. 31. No. 4. P. 827 – 836.

15. Swindells N., Burke J. Silicon microsegregation and first stag graphitization in white cast irons // Metallurgical Transactions. 1971. Vol. 2. P. 3257 – 3263.

16. Kagawa A., Okamoto T. Coefficients for equilibrium partition of a third element between solid and liquid in iron-carbon base ternary alloys and their relation to graphitization during iron-carbon eutectic solidification // Journal of materials science. 1984. Vol. 19. No. 7. P. 2306 – 2318.

17. Kagawa A., Iwata K., Nofal A.A., Okamoto T. Theoretical evaluation of equilibrium partition coefficients of solute elements in Fe-Cbase quaternary and muIticomponent systems // Materials Science and Technology. 1985. Vol. 1. P. 678 – 683.

18. Kagawa A., Okamoto T. Partition of silicon during eutectic solidification of iron–carbon–silicon alloy // Metal Science. 1980. Vol. 14. No. 11. P. 519 – 524.

19. Andersson J.O., Helander T., Höglund L. etc. Thermo-Calc and DICTRA, Computational tools for materials science // CALPHAD. 2002. Vol. 26. P. 273 – 312.

20. Thermo-Calc Software TCFE7 Steels/Fe-alloys database version 7. 21. Bhadeshia H., Honeycomb R. Steels: Microstructure and Properties. 3rd Edition. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2006. – 360 p.

21. Song E.-J. High Temperature Oxidation of Si-Containing Steel: Master thesis. Pohang: Pohang University of Science and Technology, 2011.

22. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. – М.: ФИЗМАТГИЗ, 1960. – 564 с.

23. Bazhenov V.E., Pikunov M.V., Cheverikin V.V. The partition coefficients of components in Cu-Ni-Mn alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2015. Vol. 46. Issue 2. Р. 843 – 850.