Общее уравнение графитизации чугуна

Для обеспечения графитизации чугуна в процессе кристаллизации необходим учет всех действующих факторов, анализ которых возможен только на основе общего уравнения процесса.

Прямое выделение графита из жидкого раствора уверенно происходит только тогда, когда эвтектическая кристаллизация по графитной системе протекает в интервале между температурами стабильного Tст и метастабильного Тмет превращения. Таким образом, максимально возможное переохлаждение в этом случае составляет

При большем же переохлаждении, т. е. в области ниже Тмет эвтектическая кристаллизация может уже полностью или частично протекать с образованием метастабильных фаз, зародыши которых в этих условиях образуются и растут скорее, чем зародыши графита.

Следует при этом только подчеркнуть, что в отличие от равновесных эвтектических температур значения Tст и Тмет в выражении (I.63) относятся к реальным условиям и, следовательно, могут меняться в зависимости от скорости охлаждения (рис. 39, а).

Указанное условие кристаллизации стабильной эвтектики в интервале Tст—Tмет требует, как следует из рис. 20, чтобы скорость выделения тепла кристаллизации в некоторый момент до достижения температуры Tмет или, в крайнем случае, при ее достижении стала равна или была больше скорости теплоотвода.

Нарастание скорости объемной кристаллизации, естественно происходит в течение всего периода пребывания металла в интервале Tст—Tмет. При этом постепенно возрастает переохлаждение и увеличиваются параметры кристаллизации эвтектики n и v, а значит, и комплекс nv3, характеризующий скорость объемной кристаллизации vw. Однако вследствие неизвестности функции vw = ф (nv3) = f(АТ) вполне возможно для облегчения расчета заменить реальный процесс гипотетическим, при котором параметры кристаллизации являются какими-то средними, но постоянными и независимыми от времени и переохлаждения. Исходя из таких усредненных значений N и v и применив для расчета скорости шаровой кристаллизации, а следовательно, и соответствующего количества тепла, формулу (I.31), можно получить

С другой стороны, скорость отвода тепла формой выражается к рассматриваемому моменту тЖ + т (рис. 39, б) согласно (I.14)

и, следовательно, условие прямой эвтектической кристаллизации по графитной системе определяется неравенством

Определение значений т и тЖ + т возможно по формуле (I.19), если принять во внимание, что до интервала Tст—Тмет должна выделиться физическая теплота жидкого металла и теплота кристаллизации первичного аустенита (А). Тогда после преобразований получится

где (Rcy/bф)6 Nv3 — безразмерный критерий продолжительности затвердевания и параметров кристаллизации (чем больше значение критерия, тем меньше переохлаждение);

L/c0кр — критерии теплоты кристаллизации;

Т0-Тст/0кр — критерий перегрева при заливке;

Тст-Тмет/0кр — критерий интервала между температурами стабильной и метастабильной кристаллизации.

Полученное выражение показывает, что склонность к прямой эвтектической кристаллизации по графитной системе зависит от многих переменных и, следовательно, механизм влияния разных факторов на графитизацию чугуна в процессе кристаллизации может быть различным. Однако, как то следует из (I.67), основное влияние оказывают скорость охлаждения (продолжительность затвердевания), параметры кристаллизации и интервал Тст—Тмет.