Влияние перегрева и выдержки чугуна в жидком состоянии

18.10.2019

Повышение перегрева жидкого чугуна и увеличение выдержки его в печи обычно изменяют не только его жидкое состояние, но и химический состав, в том числе — содержание газов. Это приводит к комплексному влиянию на процесс кристаллизации, что, к сожалению, далеко не всегда учитывается. Точно также необходимо отметить, что во многих случаях увеличение перегрева чугуна в печи сопровождается одновременно повышением температуры заливки. Однако эти два фактора различны по природе и воздействию на процесс кристаллизации. Поэтому совершенно не обоснованы встречаемые в литературе попытки объяснения влияния перегрева изменением скорости охлаждения и кристаллизации. Перегрев металла в печи пли выдержка его в жидком состоянии, в противоположность температуре заливки, не оказывают и не могут оказать влияния на скорость охлаждения отливки в форме, которая определяется теплоотводом. Такое влияние может оказать только температура заливки.

Как уже раньше было указано, перегрев и выдержка жидкого чугуна в печи сопровождаются уменьшением вязкости. Вместе с тем, как это ясно из исследований К.И. Ващенко и А.П. Рудого, при этом происходит увеличение поверхностного натяжения (рис. 95), с которым может быть связано меж-фазное натяжение чугуна. В соответствии с этим увеличивается критический размер зародышей, уменьшается их количество и увеличивается переохлаждение. Кроме того, облегчается коалесценция, а следовательно, увеличивается скорость всплывания включений и удаления их из металла, как то следует из известной формулы Стокса
Влияние перегрева и выдержки чугуна в жидком состоянии

где g — ускорение свободного падения;

n — коэффициент динамической вязкости;

r — радиус включения;

ум и уз — удельные веса металла и включения.

Однако главными причинами дезактивации потенциальных зародышей при перегреве и выдержке являются, по-видимому, их растворение, а также разрушение поверхностных слоев, что приводит к повышению устойчивости жидкости и к увеличению переохлаждения. И действительно, повышение перегрева увеличивает переохлаждение как в сером чугуне:

так и в белом (рис. 96), причем последнее влияние зависит от содержания кремния в чугуне.

Таким образом, перегрев влияет на переохлаждение так же, как увеличение скорости охлаждения. Однако в данном случае увеличение числа зародышей в результате переохлаждения, по-видимому, не в состоянии компенсировать соответствующую убыль этих зародышей в процессе перегрева. В общем итоге поэтому влияние перегрева и выдержки на кристаллизацию чугуна характеризуется уменьшением числа зародышей, торможением графитизации, укрупнением эвтектического зерна и одновременно измельчением графита (рис. 97), а также увеличением тенденции к междендритной ориентации (рис. 98). Принципиально такое же влияние оказывают перегрев и выдержка на графитизацию отбеленного чугуна, увеличивая в нем размер эвтектического зерна и глубину отбела (рис. 99).

Как давно уже показал И.Н. Богачев, последующая выдержка чугуна при более низких температурах в некоторой мере восстанавливает исходное состояние и ведет поэтому к обратным результатам — уменьшению переохлаждения (рис. 100). То же подтверждено исследованиями К.П. Бунина. Однако ошибочно думать, что влияние перегрева на число зародышей является полностью обратимым процессом, так как при более низких температурах эти зародыши восстанавливаются только частично, главным образом за счет обратного выделения из раствора, как это прямым экспериментом было показано в отношении сульфидов и графита. Как видно из рис. 101, равновесное количество графита, устанавливающееся после некоторой выдержки чугуна в жидком состоянии, оказывается тем больше, чем ниже температура закалки. Вместе с тем, металл при перегреве в значительной мере очищается от включений и потенциальных зародышей. Это следует, например, из благоприятного влияния перегрева на жидкотекучесть даже при более низкой температуре заливки, а также из того факта, что модифицирование проявляется наиболее благоприятно при высоком перегреве и низкой температуре модифицирования. Поэтому следует признать, что восстановление жидкого состояния при понижении температуры происходит только частично и что перегрев оказывает в некоторой мере не изменяющееся при последующем охлаждении влияние на чугун. Следует также отметить существование критической температуры в пределах 1400-1500° С, при которой характер влияния перегрева изменяется. На рис. 102, а это отображается количеством связанного углерода, которое начинает уменьшаться с повышением перегрева. Наличие перегиба на кривых перегрева многократно проверялось, причем установлено, что перегиб далеко не всегда обнаруживается и в ряде случаев зависимость графитизации от перегрева выражается монотонной кривой. Поэтому наличие перегиба чаще всего объясняется побочными факторами, нарушающими общую закономерность влияния перегрева. В большинстве случаев указывают на изменение содержания газов в чугуне. Обоснованность такого предположения подтверждается исследованиями И.Н. Богачева и И.П. Береневой показавшими идентичность влияния перегрева на количество связанного углерода и содержание азота в чугуне (рис. 102, б). Однако нет сомнений, что указанное явление может быть и закономерным следствием изменения общего количества зародышей в чугуне, которое может уменьшаться или увеличиваться, а следовательно, соответствующим образом изменять склонность чугуна к графитизации. Все вышеизложенное относится не только к серому, но и к белому чугуну, структура которого также измельчается с увеличением перегрева и выдержки в жидком состоянии, что значительно отражается на процессе последующего отжига. На высокопрочном же чугуне влияние перегрева проявляется менее заметно и размер графита определяется главным образом составом металла, скоростью охлаждения и модифицированием. Однако и в этом случае, как показал И.О. Цыпин, графит все же размельчается при перегреве.







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