406 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
406
В соответствии с диаграммой состояния (рис. 1 а), включения 1 типа (рис. 1 б)
образуются при температуре 1460…1340 °С. В этой зоне находится эмульсия, состоящая из
двух жидкостей, одна из которых является раствором углерода в железе, вторая - раствором
меди в железе. Эта зона увеличивается с повышением содержания углерода [7]. Фактически
при температуре выше 1340 °С чугуны, содержащие 3 % углерода и 6…40 % меди
представляют собой эмульсию из раствора на основе железа с плавающими в нем шариками
твердого раствора на основе меди (рис. 1 б). В процессе кристаллизации данные включения
сохраняют свою форму. В чугуне с 14,7 % меди описанные ранее шаровидные включения,
образовавшиеся в результате расслоения жидкостей Fe-C и Fe-Cu равномерно распределены
в объеме отливки. Объемная доля частиц 1 типа, выявленных методами оптической
металлографии, составила 3,35 %. Диаметр наиболее крупных включений этого типа
достигает 240 мкм. На диаграмме распределения частиц по размерам (рис. 2 а) отчетливо
просматриваются 2 пика. Первый пик соответствует частицам с диаметром 160…170 мкм, и
показывает средний размер частиц 1 типа. Второй пик соответствует частицам размерами
20...30 мкм, данный пик показывает средний размер частиц 2 типа.
Данные частицы имеют различный химический состав (рис. 2 б). Различие в
химическом составе частиц с разным размером может свидетельствовать о разной
температуре и разных условиях образования частиц.
Рис. 2.
Распределение по размерам медьсодержащих включений 1 и 2 типов (а) и
распределение химических элементов вдоль линии, проходящей через включения разного
размера (б) в чугуне с 14,7 % Cu
Доказательством того, что частицы 1 типа уже существовали и находились в жидком
состоянии на момент роста ледебурита, является то, что некоторые частицы «перерезались»
растущим дендритом (рис. 3 г).
Предполагается, что частицы 2 типа возникли из аустенита при температуре от ~ 1340
до 1094 °С, под кривой солидуса. Данный диапазон подробно описан в пункте 3.3.1 на
примере частиц, образовавшихся в заэвтектоидной стали. При этом частицы находились в
жидком состоянии до 1094 °С. Частицы 2 типа объединяет наличие округлой формы.
Поскольку часть частиц 2 типа образовывалась из-за расслоения расплава, и находилась в
жидкости на основе железа, а вторая часть частиц образовывалась по диффузионному
механизму их твердого растущего кристалла аустенита, располагаясь по границам этого
кристалла, то в окончательно застывшей структуре данные частицы образуют строчные
выделения по границам бывшего аустенитного зерна и имеют круглую форму, поскольку
образовывались на периферии растущего кристалла аустенита и частично находились в
окружении жидкости на основе железа (рис. 3 а). Данный процесс показан на рисунке рис. 1в.