LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості чавуну шляхом механічної та теплової дії

направленої кристалізації евтектичного чавуну не вдається отримати композиційну структуру із одноманітним розміщенням пластинок та волокон графіту. В зв'язку з цим випробувані способи, що засновані на механотермічній дії. Маючи на увазі мікронеоднорідність евтектичного розчину біля евтектичної температури та наявність графітних сиботаксісів, можна було чекати упорядкування останніх під впливом хвильоподібного руху в рідині. Виявилося, що механічне перемішування з періодом 3-4 с позначилося на числі і розмірах евтектичних колоній і практично не впливало на взаємну орієнтацію пластинок графіту.

Встановлено, що торці графітних пластинок в колонії обламуються під дією інтенсивних потоків рідини і стають зародками нових евтектичних колоній, які, однак, не устигають зрости і розміщуються на межах великих евтектичних колоній. Всупереч сталим уявленням, при інтенсифікації перемішування рідини на фронті кристалізації руйнується не тільки графіт евтектичних колоній, що утворилися на стінках форми, але і інших колоній, що виросли в об'ємі виливка до певних розмірів.

У четвертому розділі дисертації приведені дані про вплив механічної дії на форму, розподіл і орієнтованість графітних частинок. Якщо механічною дією на рідину не вдалося змінити орієнтованість графітних пластинок, то вплив на чавун в твердому стані виявився більш ефективним. Завдяки пластичній деформації в чавуні виникає текстурованість, зумовлена одноманітною орієнтацією графітних пластинок вздовж течії металу. Особливо значним ефект деформації виявляється у високоміцному чавуні, що неодноразово відмічалося в попередніх дослідженнях. Вказані зміни чавуну і задовільна деформівність його при куванні і прокатці відомі давно, однак включення в технологію чавуну пластичної деформації стало можливим лише в останні роки. Однією з причин цього була відсутність систематичних даних щодо впливу пластичної деформації на структуру і властивості високоміцного чавуну та його знижена, в порівнянні із сталлю, деформівність. У дисертації зроблена спроба усунути ці недоліки.

При деформуванні прокаткою і куванням високоміцного чавуну графіт деформувався і витягувався в напрямі течії металу. Якщо при прокатці на гладкій бочці графіт набував вид еліпсоїдів і дисків (рис.1а), то кантування на 90є надає йому вид стрижнів та волокон (рис. 1б).







а) б)

Рис. 1. Монтаж структур деформованого високоміцного чавуну без (а) і з кантуванням на 90є (б), х100.


Кількісно формозміну графіту оцінювали співвідношенням , де d – діаметр кулястого графіту, b – велика вісь графітного еліпсоїда після деформування чавуну.

Рівень формозміни визначався співвідношенням реологічних властивостей металевої основи і графіту і залежав від параметрів деформації. На рис.2 приведені дані про залежність формозміни графіту від температури і міри деформації чавуну. Як видно, найбільша формозміна графіту спостерігалася при холодній прокатці, при якій виявляється велика відмінність в механічних властивостях металевої основи і графіту. З підвищенням температури прокатки ця відмінність послаблюється, але інтенсивна формозміна графіту мала місце і при гарячій прокатці. Оцінку міри формозміни графіту проводили із урахуванням розмірів включень. Відповідно до отриманих даних, великі частинки графіту, як правило, деформувалися в більшій мірі, ніж дрібні.









Рис. 2. Залежність формозміни графіту від міри обтиску (е) при прокатці високоміцного чавуну: 1- 20 єС; 2 – 600 єС; 3 – 1000 єС.


Зміна початкової структури високоміцного чавуну позначалася на його деформівності. У порівнянні із перлітними, феритні чавуни мали більшу деформівність як при холодній, так і при гарячій прокатці. Перші тріщини на боковій поверхні клиноподібних зразків виявлялися після прокатки з обтисненням 40 – 45 % для перлітного чавуну і 60 – 65 % для феритного чавуну. Феритизація вихідної металевої основи підвищувала деформівність високоміцного чавуну і при гарячій прокатці. Деформівність чавуну при вільному куванні трохи вища, ніж при прокатці з використанням гладких валків.

Інформація про форму графіту в трьох взаємно перпендикулярних перерізах чавунного прокату: паралельному площині прокатки (ПП), боковій поверхні (БП) і перпендикулярно напряму прокатки (ПС), використана при комп'ютерному моделюванні формозміни графіту. Побудова просторового вигляду деформованого графіту починалася зі статистичної обробки декількох тисяч частинок, перерізи яких отримані від зразків, прокатаних при різних температурах і мірах обтиску. На рис.3 приведені найбільш типові форми деформованого графіту. Як видно, вже на початку деформування чавуну включення оточується пояском, ширина якого збільшена в напрямі прокатки. На цій стадії деформації (е≈20 %) внаслідок утворення і розширення пояска формозміна графіту перевищує обтиск чавуну. В міру того, як росте деформація, поясок розширюється, а середина включень зберігає трохи не кулястий вигляд. На далеких стадіях деформування чавуну (е>50 – 60 %) поясок розвивається в "хвости", так що зовнішня поверхня включень сильно зростає. Деформується і серцевина частинок графіту, а приповерхневі ділянки сильно деформуються і руйнуються. У результаті цього графіт отримує приплюснутий вигляд. Секторальний характер структури графіту виявляється навіть після значних деформацій.






а) б)







в) г)


Рис. 3. Компґютерні моделі деформованого кулястого графіту після холодної (а – 75 %; в – 30 %), гарячої (б – 75 %) та теплої (г – 40 %) прокатки чавуну.


Складний характер структурних змін в графіті при деформуванні пов'язаний з його кристалічною будовою. У графіті ковзання відбувається, в основному, в базисній площині (0001)г. Кулястий графіт складений з десятків пірамід, вершини яких лежать в центрі включення, а основа паралельна базисним площинам. Тому деформація ковзанням характеризується великою неоднорідністю. Починається вона в пірамідах, сприятливо орієнтованих відносно дотичних напружень, а надалі деформація охоплює і інші ділянки включення. На структурі деформованого графіту позначається і неоднорідність включення, зумовлена різною температурою його утворення, а також обмеженість числа систем ковзання, що сприяє появі тріщин в кулястому графіті, що є, по суті, полікристалом.

На основі отриманих даних проаналізовані відомі в літературі і суперечні погляди про зміну об'єму і числа графітних частинок при деформуванні чавуну, переважної деформації дрібних включень та інш.

У п'ятому розділі приведено результати систематичного дослідження зміни властивостей високоміцного чавуну після прокатки. Особлива увага приділена зміцненню чавуну, густині, схильності до графітизації і зневуглецюванню, опору корозії.

Підвищення твердості після пластичної деформації високоміцного феритного чавуну виявляється при всіх вивчених температурах прокатки і збільшується із зростанням обтиску. Воно виявлялося при визначенні твердості на всіх трьох взаємно перпендикулярних перерізах прокату. Особливо високе зміцнення має місце після гарячої прокатки феритного чавуну, на яке впливала і зміна структури основи внаслідок розчинення графіту. Підвищення міцності і