Зависимость отбела чугуна от его углеродного эквивалента

Аннотация

Исследована количественная связь показателей отбела чугуна (протяженности отбелённого слоя H и объёмной доли в нем ледебурита Q_Л) с его углеродным эквивалентом С_E . Эти данные позволяют с высокой вероятностью прогнозировать развитие процесса формирования отбелённого поверхностного слоя при изготовлении отливок различной толщины из чугуна разного химического состава. Объектом исследования являлись нелегированные чугуны индукционной плавки восьми вариантов химического состава с углеродным эквивалентом от 3,30 до 5,53 %. Из этих чугунов в песчаной форме с нижним холодильником изготовляли ступенчатые отливки с размерами ступенек 100 х 60 мм толщиной 5, 10, 20 и 40 мм. Протяженность (глубину) отбеленного слоя измеряли в изломах отливок и оценивали по толщине зоны чистого отбела. Объемную долю ледебурита определяли металлографическим методом с применением компьютерной программы “Nexsys-Image expert pro 3”. Согласно экспериментальным данным, при толщине отливок 5 и 10 мм сквозной (на всю толщину) чистый отбел формируется при углеродном эквиваленте ≤ 4,08 % и ≤ 3.67 % соответственно. В отливках толщиной 20 и 40 мм зона чистого отбела отсутствует, при этом глубина отбеленного переходного слоя возрастает с уменьшением углеродного эквивалента, но снижается с увеличением толщины отливки X. Установлено, что зависимость H от С_Е имеет экспоненциальный характер и описывается уравнением типа H = A ∙ exp ( - k∙ С_E), где A и k – эмпирические коэффициенты. Объемная доля ледебурита у поверхности контакта отливки с холодильником во всех пробах составляет ≈ 90 %, но по мере удаления от поверхности она уменьшается с разной интенсивностью в зависимости от величины углеродного эквивалента и толщины отливки. Математической обработкой экспериментальных данных, полученных на расстоянии 5 мм от поверхности контакта отливки с холодильником, установили, что количественная связь Q_Л в отбеленном слое отливки со значением C_E описываются экспоненциальной зависимостью: Q_Л = 1000 ∙ [7 / (X + 10)] ∙ exp (- C_E).