Влияние бора и температурных режимов охлаждения металла в литейной форме на структурно-фазовое состояние жароизносостойких белых чугунов

В работе изучено влияние модифицирования бором и температурных режимов охлаждения металла в литейной форме на фазовый состав, морфологию и химический состав структурных составляющих жароизносостойких белых чугунов системы Fe-C-Cr-Mn-Ni-Ti-Al-Nb. После добавления бора изменился фазовый состав металлической основы с двухфазной (α - и γ - фазы) на полностью однофазную (γ - фазу). Модифицирование бором повлияло на тип вторичных карбидов, вторичное твердение в форме происходит за счет выделения дисперсных карбидов ниобия (без бора - за счет карбидов хрома). Структура модифицированных чугунов – первичные комплексные карбиды (Ti, Nb, Cr, Fe)C, дендриты твердого раствора, эвтектика и вторичные карбиды МС.

Добавки бора изменяют химический состав первичных карбидов. В них снижается содержание ниобия с 44 до 2 %, увеличивается содержание титана в карбидах с 24 до 65 %. В эвтектических карбидах повышается содержание железа, а содержание хрома в них снижается.

Методами количественной металлографии исследованы параметры первичных фаз – карбидов МС и дендритов твердого раствора. Для оценки фактора формы F, который является критерием компактности первичных фаз, использовали специальную методику анализатора  изображений Thixomet PRO. В качестве характеристик дендритной структуры применяли следующие параметры: дисперсность дендритной структуры δ, объемную долю дендритов V, расстояние между осями дендритов второго порядка λ₂, фактор формы F, размеры дендритов (средние площадь S, длину ℓ, ширину β). Применение предлагаемых характеристик (параметров) позволило не только количественно оценить дендритную структуру, но и определить степень модифицирования - относительное (в процентах) изменение каждого критерия в модифицированных чугунах по сравнению с немодифицированными чугунами, а также установить количественные соотношения степени модифицирования с условиями кристаллизации.

жароизносостойкие белые чугуны, модифицирование, температурные режимы охлаждения металла в литейной форме, структура, фазовый состав, химический состав фаз, вторичное твердение в форме, параметры фаз, фактор формы, степень модифицирования

1. Gol'dshtejn YA.E., Mizin V.G. Inoculation of iron-carbon alloys. – М.: Metallurgiya. 1993. 416 p.

2. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V. Metallurgical and metallurgical aspects of increasing the functional properties of cast products from white cast iron. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. 2014. Vol. 4 (48). pp. 87-98.

3. Cypin I.I. White wear-resistant cast irons - evolution and prospects. Litejnoe proizvodstvo. 2000. Vol. 9. pp. 15–16.

4. Bobro YU.G. Alloy cast iron. – М.: Metallurgiya. 1976. 288 p.

5. Sil'man G.I. Thermodynamics and thermokinetics of structure formation in cast iron and steel. М.: Mashinostroenie, 2007. 302 p.

6. Garber M.E. Wear-resistant white cast iron: properties, structure, technology, operation. М.: Mashinostroenie, 2010. 280 p.

7. ZHukov A.A., Sil'man G.I., Frol'cov M.S. Wear-resistant castings from complex-alloyed white cast irons. М.: Mashinostroenie, 1984. 104 p.

8. J.Yoganandh, S.Natarjan, and S.P. Kumaresh Babu,Erosive Wear Behavior of Nickel-Based High Alloy White Cast Iron Under Mining Conditions Using Orthogonal Array, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 22(9), 2013, pp.2534-2540.

9. P.K.Sain, C.P.Sharma, and A.K.Bhargava, Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron, Journal Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 44F, 2013, pp. 1665-1671.

10. Yahya Tasgin, Mehmet Kaplan, Mehmet Yaz. Investigation of effects of boron additives and heat treatment on carbides and phase transition of highly alloyed duplex cast iron. Materials and Design. 2009. Vol. 30. pp. 3174–3179.

11. J. Hufenbach, K. Kunze, L. Giebeler, T. Gemming, H. Wendrock, C. Baldauf, U. Kühn, W. Hufenbach, J. Eckert. The effect of boron on microstructure and mechanical properties of high-strength cast FeCrVC. Materials Science & Engineering A. 2013. Vol. 586. pp. 267-275.

12. Chen Xiang, Li Yanxiang. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of high boron white cast iron. Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 528. pp. 770–775.

13. Yun-Cheng Peng, Hui-Jin Jin, Jin-Hai Liu, Guo-Lu Li. Effect of boron on the microstructure and mechanical properties of carbidic austempered ductile iron. Materials Science and Engineering A. 2011. Vol. 529. pp. 321–325.

14. М. Gromczyk, М. Kondracki, А. Studnicki, Дж Szajnar. Stereological analysis of carbides in hypoeutectic chromium cast iron. Archives of Foundry Engineering. 2015. Vol. 15(2). pp. 17-22.

15. Gushchin N.S., Kulikov V.I., Nuraliev F.A., Tahirov A.A. Wear resistant chromium-doped cast iron with special properties. Litejnoe proizvodstvo. 2015. Vol. 4. pp. 7-11.

16. Efremenko V.G., CHejlyah A.P., Kozarevskaya T.V., SHimidzu K., CHabak YU.G., Efremenko A.V. Interphase distribution of chemical elements in complex-alloyed white cast iron. Вісник Приазовського державного технічного університету. Технічні науки. 2014. Vol. 28. pp. 89-99.

17. Aleksandrov M.V. Formation of structure and abrasive wear resistance of the cast composite material of the system of alloyed white cast iron - TiC. Litejshchik Rossii. 2015. Vol. 2. pp. 29-34.

18. Netrebko V.V. Features of alloying white wear-resistant cast irons. Lit'e i metallurgiya. 2014. Vol. 2 (75). pp. 37-41.

19. Nofal Cmrdi А. Metallurgical aspects of white cast iron with a high chromium content. Litejshchik Rossii. 2017. Vol. 11. pp. 26-32.

20. Kazakov A.A., Pahomova O. V., Kazakova E.I. Investigation of the cast structure of an industrial ferritic-pearlitic steel slab. Chernye metally. 2012. Vol. 11. pp. 9-15.

21. S. E. Kondratyuk, R. A. Vorobel', I. M. Stas', E. L. Brechko, G. I. Bavda. Characteristics of the dendritic structure in connection with the conditions of crystallization of carbon steels. Processy lit'ya. 2009. Vol. 4. pp. 38-44.

22. Petrochenko E.V. Features of the formation of the structure and properties of complex-alloyed white irons depending on various types of heat treatment. Chernye metally. Vol. 1. 2012. pp. 10-14.

23. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Molochkova O.S. Peculiarities of the structure and properties of the ferrus-resistant white cast irons of the Cr-Mn-Ni-Ti system. Chernye metally. Vol. 3. 2016. pp. 42-48.

24. V. M. Kolokoltsev, E. V. Petrochenko, O. S. Molochkova. Influence of complex V, Cu, Ti and B alloying on structural and phase state, mechanical properties and wear resistance of white cast iron. CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 1. рр. 23-29.

25. V. M. Kolokoltsev, E. V. Petrochenko, O. S. Molochkova. Influence of boron modification and cooling conditions during solidification on structural and phase state of heat- and wear-resistant white cast iron. CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. pp. 11-15.