27.03.2020
Один из самых популярных видов по типу установки – это подвесная раковина. Она монтируется прямо к стене при помощи специальных...


27.03.2020
Деревянные дома часто повреждаются от повышенной влажности, поэтому домовладельцы вынуждены иногда ремонтировать фундамент здания....


26.03.2020
Полноценную жизнь современного человека уже невозможно представить без использования гаджетов. Ноутбуки и смартфоны, планшеты и...


25.03.2020
Сегодня колодцы — это самый распространенный источник воды в загородном водоснабжении дачных участков и частных домов. А чтобы...


25.03.2020
В последнее время жители крупных городов начали менять свое отношение к гламуру. В моду пришло спокойствие, размеренность,...


25.03.2020
Русский язык не зря называют богатым – в нем более двухсот тысяч слов. Однако среднестатистический россиянин активно использует в...


Влияние газов на кристаллизацию и графитизацию чугуна

18.10.2019

Азот, водород и кислород также являются типичными малыми примесями в чугуне, которые, к сожалению, пока еще систематически не контролируются. Общее содержание газов в чугуне колеблется в пределах (в %):

Содержание газов в жидком чугуне обусловливается не только исходными материалами, но и процессами при плавке, наполнении ковшей и заливке в формы, при осуществлении которых в той или иной мере происходит изменение газосодержания. Однако значение имеет не столько абсолютное содержание этих газов, сколько их состояние. Значительная часть газов образует соединения (окислы, нитриды и более сложные соединения) с теми или иными элементами, другая часть — газовые включения, все остальные газы образуют растворы с фазами чугуна. Их растворимость с является функцией температуры и парциального давления р
Влияние газов на кристаллизацию и графитизацию чугуна

где Q — энергия активации растворения.

При этом азот и водород находятся в растворе в виде протонов, а кислород — в виде анионов, что обусловливает его меньшую подвижность. В зависимости от состояния и способа введения газы могут оказать различное влияние на кристаллизацию и графитизацию чугуна, что является причиной значительных противоречий в литературе. Следует учесть, что продувка чугуна сама по себе уменьшает число возможных зародышей графита и способствует отбелу. В этом случае складываются непосредственное влияние газов и то влияние, которое оказывает сам процесс продувки. Поэтому более правильные результаты влияния газов (как элементов) можно получить при присадке их в чугун в виде химических соединении с учетом влияния дополнительных элементов.

Переходя к вопросу о растворимости отдельных газов в жидком чугуне, можно характеризовать ее в отношении азота при условии нормального давления следующей приближенной формулой Л.И. Леви:

что весьма близко к другим данным. Таким образом, Mn и Cr повышают эту растворимость, а С, Si, P и S ее понижают. Сверх растворимости азот может находиться в свободном молекулярном состоянии или в виде соединений, главным образом с алюминием, ванадием, хромом, кремнием, марганцем, хотя существование этих нитридов, в частности алюминия, подвергается иногда сомнению.

Растворимость водорода, как и азота, падает в присутствии углерода, кремния, хрома, кислорода и повышается с увеличением содержания марганца. Для обычных составов и температур чугуна эту зависимость можно представить при РН2 = 1 ат

Однако в заэвтектическом чугуне углерод повышает содержание водорода вследствие его адсорбции на пакетах графита. При этом водород практически полностью находится в свободном или адсорбированном состоянии. На растворимость кислорода главное влияние оказывают кремний и углерод в чугуне, как это видно из следующего выражения, составленного на основании разных данных:

При этом в заэвтектическом чугуне содержание кислорода, как и водорода, увеличивается вследствие адсорбции. С повышением температуры растворимость кислорода возрастает, хотя общее неравновесное его содержание при этом обычно понижается вследствие приближения к равновесию. Сверх растворимости кислород находится в чугуне в виде прочных разнообразных соединений, в которых Si играет большую роль (SiO2, SiO и более сложные соединения).

Таким образом, растворимость и содержание газов в жидком чугуне определяются составом металла, в особенности содержанием углерода (рис. 89). В процессе кристаллизации наблюдается резкое снижение растворимости (скачок растворимости), которое в чугуне все же меньше, чем в стали (для водорода это 3,5—4,0 см3/100 Г против 8,5—20 см3/100 Г для стали). При этом газы, особенно водород и кислород, ликвируют в процессе кристаллизации, концентрируясь в центральных частях отливки или около питателей, где происходит наиболее медленное охлаждение.

Газы, как и другие элементы, оказывают определенное влияние на растворимость и активность углерода в чугуне. Как видно из рис. 54, водород и особенно азот повышают эту активность в жидком и, вероятно, в твердом растворах. Кислород же действует в обратном направлении.

Влияние газов на графитизацию и структуру чугуна проявляется весьма интенсивно, несмотря на их низкую концентрацию; это свидетельствует о том, что по механизму своего действия, связанному с адсорбцией, газы аналогичны другим малым примесям. Особое внимание уделяется в последнее время азоту; который, несмотря на повышение активности углерода, интенсивно, как впервые показал Л.И. Леви, препятствует графитизации как при кристаллизации, так и в эвтектоидном интервале. Эти данные были впоследствии широко подтверждены рядом других исследователей, показавших, что азот, находящийся в растворе, не только увеличивает глубину отбела в отливках, но и препятствует графитизации в процессе отжига. Однако важно отметить, что одновременная присадка титана и других нитридообразующих металлов (Al, Zr, В, Mg) не только уменьшает тормозящее графитизацию влияние азота, но и прямо способствует распаду карбидов. Образующиеся нитриды и другие соединения могут удалиться из металла, поэтому содержание азота в чугуне после присадки магния заметно уменьшается, хотя и в меньшей степени, чем содержание кислорода и водорода.

В зависимости от состояния азот может различным образом влиять на величину эвтектического зерна в сером чугуне, размельчая или укрупняя его. На графит же серого чугуна азот действует так, что устраняет или сглаживает выделения междендритной ориентации и делает их более разобщенными. Задерживая графитизацию и в эвтектоидном интервале, азот способствует также уменьшению количества феррита в структуре и стабилизации перлита. Таким образом, влияние азота на структуру (а значит и свойства) чугуна весьма ощутимо.

He меньшее влияние на структуру чугуна оказывает водород. Несмотря на весьма низкое содержание этого элемента в чугуне, он значительно тормозит графитизацию во всех температурных интервалах, особенно при низком содержании углерода и кремния, как это показано Н.Г. Гиршовичем и Е.И. Егоровым на рис. 90 и еще раньше А.А. Горшковым и Н.Т. Жаровым, которые установили прямую зависимость между глубиной отбела а на специальной пробе и влажностью дутья m (в Г/м3) при плавке в вагранке

Водород оказывает отрицательное влияние и на графитизацbю в эвтектоидном интервале, что замедляет ферритизацию. В отношении же влияния водорода на форму и распределение графита в чугуне есть основания полагать, что он действует подобно сере. Из рис. 91 следует, что чем больше содержание водорода в атмосфере при отжиге ковкого чугуна, тем меньшее отношение S:Mn необходимо для получения шаровидного графита. Точно так же водород, как и сера (рис. 92), увеличивает переохлаждение чугуна. Поэтому нужно считать, что с повышением содержания водорода, принадлежащего, по-видимому, по характеру своего действия к группе S, Se, Te, неориентированный пластинчатый графит сначала переходит в междендритный, затем в анормальный и, наконец, в компактный с одновременным выделением в последнем случае цементита. Поэтому в зависимости от концентрации водорода и других примесей можно получить разные результаты как в отношении степени графитизации, так и в отношении формы и распределения графита. То же, по существу, можно сказать и о кислороде, влияние которого в сильной степени зависит от характера состояния его в чугуне. Подавляющая часть его образует соединения с Si, Mn, Al и другими элементами, которые в той или иной мере служат зародышами при кристаллизации графита, незначительная же часть находится в растворе и в некоторой степени (слабее, чем азот и водород) тормозит процесс графитизации или даже ведет себя нейтрально, если не производится продувка чугуна. Поэтому введение кислорода, как и других газов, оказывает различное влияние на графитизацию в зависимости от способа его введения и состава металла, но в общем оказывает слабое влияние.

Особым и весьма важным вопросом является влияние газов на образование шаровидного графита в чугуне. Как показано рядом исследователей и особенно Б.С. Мильманом и Н.Ю. Поповой, присадка магния и других подобных модификаторов резко снижает содержание газов, в особенности кислорода. Об этом свидетельствуют, например, следующие данные об изменении содержания газов в %:

Установлено, что так же, как и обессериванне, дегазация чугуна повышает его поверхностное натяжение. Кроме того, утверждается, что необходимым условием образования шаровидного графита при обработке чугуна магнием является низкое содержание не только серы, но и газов. К сожалению, однако, не поставлен (а может быть и невозможен) опыт с наличием магния при обычных концентрациях газов. Поэтому вопрос о роли газов в процессе образования шаровидного графита полностью не разрешен, однако, как уже ранее указывалось, количество и характер газов, по-видимому, действительно оказывают влияние на форму графита.


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