Влияние фосфора на кристаллизацию и графитизацию чугуна

18.10.2019

Диаграмма состояний Fe-C-P сплавов разработана главным образом по метастабильному варианту (рис. 76). Стабильный вариант практически отсутствует; Я.Н. Малиночка только приближенно наметил коноду аустенит — графит ДГ, соответствующую коноде метастабильной системы аустенит — цементит ДС (рис. 76). Как видно из этих данных, а также из рис. 70, фосфор подобно кремнию интенсивно понижает растворимость углерода в жидком чугуне и повышает его активность, но в двухфазной области, как утверждает А.А. Жуков, он действует в обратном направлении. В противоположном жидкому состоянию, фосфор характеризуется ограниченной растворимостью в твердом состоянии, понижающейся с увеличением содержания углерода в чугуне. Это обстоятельство и, что особенно важно, большая склонность фосфора к ликвации, усиливающаяся в присутствии кремния, приводит к образованию фосфидной эвтектики, состоящей из насыщенного фосфором раствора, фосфида Fe3P и высокоуглеродистой фазы — цементита или графита. В первом случае эвтектика называется тройной, во втором — «двойной», хотя по существу она псевдодвойная, так как графит в этом случае кристаллизуется на имеющихся выделениях, и в тройной по природе эвтектике соответственно остаются только две фазы; у-раствор и фосфид. Однако микрографически трудно отличить указанные типы фосфидной эвтектики, и в этом отношении имеются неправильные рекомендации. Так, например, ГОСТ 3443—57 приводит как отличительный признак «двойной» эвтектики отсутствие крупных пластин цементита (рис. 77). Между тем, тщательные исследования с применением специальных методов травления, проведенные Н.Г. Гиршовичем и А.Я. Иоффе, с одной стороны, и Я.Н. Малиночкой и Н. Г. Осада1 — с другой, показали, что первые две структуры на рис. 77 (ФС-1 и ФС-2 по ГОСТу 3443—57) представляют тройную фосфидную эвтектику, но в случае ФС-2 (рис. 77, 6) имеются еще крупные пластинки эвтектического цементита. Истинно же двойная эвтектика встречается сравнительно редко (рис. 77, в). Обычно цементит тронной эвтектики весьма устойчив и не распадается в процессе кристаллизации, но при отжиге его можно в благоприятных условиях разложить и тройную эвтектику таким образом превратить в двойную. В связи со всем вышеуказанным предлагается внести соответствующие изменения в ГОСТ 3443—57.


Общий ход кристаллизации фосфористых чугунов (рис. 78) таков, что сначала в интервале T1-T2 выделяются первичные фазы, затем бинарная Fe—С эвтектика (T2-T3) с постепенным обогащением жидкого раствора фосфором, и, наконец, при температуре T4 около 950° на границах эвтектических зерен выделяется фосфидная эвтектика в виде сетки или отдельных включений разной величины. Таким образом, кристаллизация фосфористого чугуна протекает в большом интервале температур. При этом, как видно из табл. 3, фосфор, как и кремний, понижает содержание углерода в бинарной эвтектике, но в противоположность ему снижает также и температуру превращения.
Влияние фосфора на кристаллизацию и графитизацию чугуна

Кинетические диаграммы (рис. 79), построенные К.П. Буниным, и Н.Г. Осада, показывают, что при содержании 0,01% P (рис. 79, а) фосфидная эвтектика не образуется. Процесс кристаллизации протекает по обычной ранее описанной схеме. Он начинается с выделения аустенита по линии 03, за которым в верхнем температурном интервале следует кристаллизация стабильной эвтектики по линии БЛ, в нижнем интервале — кристаллизация метастабильной эвтектики по линии ЛИ, а в среднем интервале — смешанная кристаллизация в области ЛНР. Завершение же кристаллизации происходит по линии EHPK. Продолжительность изотермической кристаллизации резко уменьшается с понижением температуры. В твердом состоянии при длительной выдержке возможен распад цементита, который начинается на линии РУ и заканчивается на линии HX. Тоже наблюдается и при 0,49% P (рис. 79, в) с той только разницей, что полное завершение кристаллизации имеет место при температурах ниже 950° с образованием тройной фосфидной эвтектики (А+Ц+ФС), выделение которой начинается на линии MШ и заканчивается на линии KШ. При температуре же выше соответствующей линии UIPH (950°) в чугуне остается всегда жидкая обогащенная фосфором фаза, сколько бы времени отливка не выдерживалась. В случае достаточно длительной выдержки при температурах ниже 950°, естественно, происходит распад цементита с образованием графита. Этот процесс начинается по линии РУ, а заканчивается по HX с образованием псевдодвойной фосфидной эвтектики А+Г+ФС. Некоторые особенности имеет кинетическая диаграмма для промежуточного чугуна с 0,1% P (рис. 79, б). Процесс кристаллизации эвтектики в этом случае заканчивается по штриховой линии ЯЭ, однако небольшая часть высокофосфоритной жидкости, возникающая вследствие ликвации, при этом все же остается. Поэтому выдержка при температуре соответственно линии ЕЮП, достаточная для некоторой гомогенизации и перераспределения фосфора, приводит к полному завершению при температурах выше 955°. Таким образом, своим образованием фосфидная эвтектика в чугуне с 0,1 % P (и меньше) обязана ликвации. Фосфидная эвтектика образуется в этом случае при сравнительно быстром охлаждении, в то время как при 0,49% P она обнаруживается независимо от скорости охлаждения. Следовательно, подтверждается положение, что по крайней мере в чугунах исследованных составов всегда образуется тройная фосфидная эвтектика, которая только при достаточно медленном охлаждении или длительной выдержке может превратиться в псевдодвойную. Вопрос о возможности прямого образования стабильной фосфидной эвтектики при более высоком содержании кремния в чугуне требует экспериментальной проверки.


Влияние фосфора на эвтектическое зерно иллюстрируется следующими данными:

Указанное размельчение зерна усиливается при присадке фосфора в ковш, что связано с его модифицирующим действием. При эвтектическом превращении фосфор оттесняется графитом, целиком распределяясь в матрице, в связи с чем он оказывает весьма небольшое влияние на форму графита.

В процессах перекристаллизации, в частности, при эвтектоидном превращении, влияние фосфора так же, как и кремния, выражается в повышении критического интервала:

В то же время диаграммы изотермического превращения аустенита сравнительно мало изменяются при легировании чугуна фосфором, однако, как показал И.Н. Богачев, фосфиды ускоряют распад аустенита вследствие обогащения близлежащего твердого раствора углеродом при кристаллизации малоуглеродистой фосфидной эвтектики.

Вследствие графитизирующего влияния, глубина отбела в отливках несколько уменьшается при повышении содержания фосфора в чугуне. Вместе с тем следует отметить, что фосфор задерживает распад перлита. Это находится в соответствии с часто наблюдаемым явлением: цементит и перлит, расположенные

вблизи фосфидной эвтектики, распадаются с большим трудом. Указанное объясняется «обратной» микроликвизацией кремния и «прямой» микроликвизацией карбидообразующих элементов, концентрирующихся на границе зерен и в фосфидной эвтектике, о чем свидетельствуют следующие данные (в %):


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна