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 фазовый состав металлической основы изменился с двухфазной (α- и γ-фазы) на полностью однофазную (γ-фазу). Модифицирование бором повлияло на тип вторичных карбидов, вторичное твердение в форме происходило 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 МeС. Добавки бора изменяют химический состав первичных карбидов. В них снижается содержание ниобия с 42 до 3 % и увеличивается содержание титана с 22 до 66 %. В эвтектических карбидах содержание железа повышается, а хрома снижается. Методами количественной металлографии исследованы параметры первичных фаз – карбидов МeС 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, а также установить количественные соотношения степени модифицирования с условиями кристаллизации.

1. Петроченко Е.В. Особенности кристаллизации, формирования структуры и свойств износостойких и жаростойких чугунов в различных условиях охлаждения: Дис. ... д-ра техн. наук. – Магнитогорск, 2012. – 310 с.

2. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочкова О.С., Ахметова А.А. Влияние бора на структуру и свойства жароизносостойких чугунов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Матер. 72-й межрег. науч.-техн. конф. / Под. ред. В.М. Колокольцева. Т. 1. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2014. С. 101 – 105.

3. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочкова О.С., Ахметова А.А. Количественные характеристики дендритной структуры жароизносостойких белых чугунов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Матер. 74-й межрег. науч.-техн. конф. / Под.ред. В.М. Колокольцева. Т. 1. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2016. С. 140 – 144.

4. Молочкова О.С. Выбор состава и исследование структуры, свойств жароизносостойких комплексно-легированных белых чугунов: Дис… канд. техн. наук. – Магнитогорск, 2012. – 123 с.

5. Tasgin Yahya, Kaplan Mehmet, Yaz Mehmet. 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. P. 3174 – 3179.

6. Hufenbach J., Kunze K., Giebeler L. etc. The effect of boron on microstructure and mechanical properties of high-strength cast FeCrVC // Materials Science & Engineering A. 2013. Vol. 586. P. 267 – 275.

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

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

9. Kolokoltsev V.M., Petrochenko E.V., Molochkova O.S. 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. P. 23 – 15.

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

11. Correa R., Bedolla-Jacuinde A., Mejía I. etc. Effect of boron on microstructure of directionally solidified high chromium white irons // International Journal of Cast Metals Research. 2011. Vol. 24. No. 1. P. 37 – 44.

12. Correa R., Bedolla-Jacuinde A., Zuno-Silva J. etc. Effect of boron on the sliding wear of directionally solidified high-chromium white irons // Wear. 2009. Vol. 267. No. 1 – 4. P. 495 – 504.

13. Petrovic S.T., Markovic S., Pavlovic Z.A. The effect of boron on the stereological characteristics of the structural phases present in the structure of the 13% Cr white iron // Journal of Materials Science. 2003. Vol. 38. No. 15. P. 3263 – 3268.

14. Villanueva-Perez O.E., Mejía I., García-García V., Bedolla-Jacuinde A. Metallographic, structural and mechanical characterization of a low density Fe–Mn–Al–C steel microalloyed with Ti/B in ascast and homogenized conditions // MRS Advances. 2018. Vol. 3. No. 64. P. 3971 – 3978.

15. Gromczyk М., Kondracki М., Studnicki А., Szajnar J. Stereological analysis of carbides in hypoeutectic chromium cast iron // Archives of Foundry Engineering. 2015. Vol. 15. No. 2. P. 17 – 22.

16. Гущин Н.С., Куликов В.И., Нуралиев Ф.А., Тахиров А.А. Износостойкие легированные хромом чугуны со специальными свойствами // Литейное производство. 2015. № 4. С. 7 – 11.

17. Александров М.В. Формирование структуры и абразивная износостойкость литого композиционного материала системы легированный белый чугун – TiС // Литейщик России. 2015. № 2. С. 29 – 34.

18. Bedolla-Jacuinde A., Correa R., Quezada J.G., Maldonado C. Effect of titanium on the as-cast microstructure of a 16% chromium white iron // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 398. P. 297 – 308.

19. Zhi X., Xing J., Fu H., Xiao B. Effect of niobium on the as-cast microstructure of hypereutectic high chromium cast iron // Materials Letters. 2008. Vol. 62. No. 6 – 7. P. 857 – 860.

20. Satoh T., Liu H.-N., Sakamoto M., Kawakami Y. High temperature properties of a high-chromium cast iron and its composites fabricated via powder metallurgy process // Journal of Materials Science. 2005. Vol. 40. No. 12. P. 3283 – 3286.

21. Sain P.K., Sharma C.P., Bhargava A.K. Microstructure aspects of a newly developed, low cost, corrosion-resistant white cast iron // Journal Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44F. P. 1665 – 1671.

22. Yoganandh J., Natarjan S., Kumaresh Babu S.P. Erosive wear behavior of nickel-based high alloy white cast iron under mining conditions using orthogonal array // Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. Vol. 22. No. 9. P. 2534 – 2540.

23. Bedolla-Jacuinde A., Arias L., Hernández B. Kinetics of secondary carbides precipitation in a high-chromium white iron // Journal of Materials Engineering and Performance. 2003. Vol. 12. No. 4. P. 371 – 382.

24. Janus A. Effect of chemical composition on number of eutectic colonies in Ni–Mn–Cu cast iron // Archives of Foundry Engineering. 2013. Vol. 13. No. 1. P. 51 – 56.