-о
Продолжительность облучения расплава бронзы НЭМИ, мин
Рис. 5.21. Влияние продолжительности облучения жидкой фазы НЭМИ на кристаллизационные и физико-механические свойства бронзы (6,0 % Sn)
На рис. 5.22, a-в приведены кристаллизационные параметры серого чугуна в зависимости от продолжительности облучения расплава НЭМИ. Температура начала кристаллизации аустенита tn повышается постоянно (рис. 5.22, a), a температуры начала и конца эвтектического превращения /" и t*
снижаются по мере увеличения продолжительности облучения расплава НЭМИ до 20 мин. При этом также уменьшаются температуры начала и конца эвтектоидного превращения (/^ и t*J.
Продолжительность кристаллизации первичного аустенита гл и эвтектики гэ постоянно возрастает по мере увеличения продолжительности облучения расплава НЭМИ, так как расширяются температурные интервалы их кристаллизации (Atn= /л - гэн и Агэ= -/*), а время кристаллизации эвтектоида (перлита) уменьшается, несмотря на увеличение температурного интервала его превращения.
Время охлаждения закристаллизовавшегося чугуна (т, tllJ в интервале
температур конца эвтектического /эк и начала эвтектоидного /д, превращений существенно возрастает по мере повышения продолжительности облучения расплава НЭМИ.
Можно предположить, что облучение расплава серого чугуна НЭМИ приводит к диспергированию неметаллических частиц (оксидов, нитридов и др.) и повышению их поверхностной энергии. Это должно способствовать зарождению центров кристаллизации избыточного аустенита и повышению температуры начала кристаллизации /л. Следовательно, состав чугуна под воздействием облучения расплава НЭМИ, по-видимому, становится более доэвтектическим и температура начала эвтектического превращения снижается (переохлаждается); графитная эвтектика измельчается до 15 мин. При продолжительности облучения расплава, равной 20 мин, в структуре чугуна кристаллизуется ледебуритная эвтектика наряду с графитной.
Твердость облученных чугунов незначительно снижается по мере увеличения продолжительности облучения до 20 мин, при которой происходит существенный рост твердости до 58 HRC из-за кристаллизации ледебуритной эвтектики (штриховая линия на рис. 5.22, <)).
Для выяснения причины снижения твердости от продолжительности облучения измерялась микротвердость металлической основы в центре дендрита (Ц), аустенита (перлита) и периферии (П). Как видно из рис. 5.22, г , увеличение продолжительности облучения расплава НЭМИ способствует снижению микротвердости перлита по сравнению с необлученным серым чугуном на 100 Н5о при 15-минутном облучении. При 20-минутном облучении расплава в структуре чугуна наблюдались светлые участки с более высокой микротвердостью (600 Нц5о), чем темные (400 Нц5о). В отбеленных участках ледебуритная эвтектика сотового строения имела микротвердость 1122 Н50 в среднем (от 1092 до 1152 Н^о)- Микротвердость изолированного цементита соответствовала 1385 Н^о (1287-1481 Н50).
152
t
Продолжительность кристаллизации структурных
г
Продолжительность облучения расплава НЭМИ, мин
КобН2
6 |
(КобН2), см /см2*ч |
|
коррозионностойкостьи |
3 |
я |
я |
|
|
к |
Рис. 5.22. Влияние продолжительности облучения расплава НЭМИ на кристаллизационные параметры, физико-механические и эксплуатационные свойства чугуна (3,7 мае. % С, 1,0 мае. % Si, 0,5 мае. % Мп, 0,1 мае. % Р и S)
Таким образом, некоторое снижение твердости облученных чугунов обусловлено уменьшением микротвердости металлической основы и измельчением графитных включений пластинчатой формы.
Плотность d и теплопроводность Я облученных серых чугунов изменяются по экстремальной зависимости от продолжительности облучения расплава НЭМИ: максимальные значения теплопроводности наблюдались при облучении расплава в течение 10 мин. При этом теплопроводность возрастала почти в 2,0 раза (рис. 5.22, е).
Плотность чугуна при 20 °С, наоборот, имела минимальное значение при 10-минутном облучении расплава НЭМИ. Причина повышения теплопроводности пока не установлена. Такой характер изменения теплопроводности наблюдался и в металлических сплавах - меди и алюминии - и их сплавах - бронзе и силумине.
Уменьшение плотности при облучении расплава НЭМИ, по-видимому, обусловлено повышением растворимости компонентов (С или Si) в аустените под воздействием на расплав НЭМИ, как это было показано в оловянной бронзе (Си + 6,0 мае. % Sn): с увеличением продолжительности облучения расплава содержание олова в меди (твердом растворе а) существенно возрастало до 10 мин облучения бронзы в жидком состоянии.
Относительная износостойкость Кп уменьшается при облучении расплавов НЭМИ в течение 10-15 мин, что обусловлено снижением микротвердости металлической основы. Резкое повышение относительной износостойкости при облучении расплава НЭМИ в течение 20 мин связано, как сказано выше, с кристаллизацией ледебуритной эвтектики сотового строения (рис. 5.22, г-д).
Коррозионностойкость серого чугуна изменяется от продолжительности облучения расплава также по экстремальной зависимости с ее максимумом при продолжительностях облучения 10-15 мин (уменьшение показателей коррозии AmIS и /Гоб.ш» где Ат - изменение массы образца, S - площадь образца; К0б.н2 - объемный показатель коррозии).
Коррозионностойкость серого чугуна повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества при однородной структуре матрицы (например, в феррите), а также при уменьшении содержания Si, S, Р.
Наблюдаемое повышение коррозионностойкости серого чугуна в интервале продолжительности 10-15 мин обусловлено измельчением и уменьшением количества графитной фазы пластинчатой формы.
Вопросы для самоконтроля знаний
1.Что такое металлургическая наследственность?
2.В чем заключается первый закон термодинамики? Внутренняя энергия.
3.Изложите второй закон термодинамики. Энтропия, свободная энергия. Свободная энтальпия. Химическое сродство.
4.Изложите третий закон термодинамики. Энтропия.
5.Опишите механизм плавления и легирования металлов и сплавов.
6.Опишите закономерности растворения легирующих элементов в жидких металлах.
7.Что такое испарение металла при плавке металлических сплавов и давление насыщенного пара металлов?
8.Опишите классификацию и дайте общую характеристику шихтовых материалов: чушковых чугунов и их маркировку; ферросплавов и их маркировку; цветных первичных металлов и их маркировку;
лома и отходов цветных металлов и сплавов и их маркировку.
9.Какие виды топлива Вы знаете? Дайте характеристику топлива: литейного
каменноугольного кокса, термоантрацита, мазута, природного газа.
10.Какие флюсы Вы знаете?
11.Охаракгеризуйте аномальный характер изменения физических свойств расплавов
и его связь с литейными и механическими характеристиками в алюминиевых сплавах.
12.Как влияют температурные режимы плавки и легирования алюминия и его сплавов на их механические характеристики?
13.Охарактеризуйте аномальный характер изменения физических свойств жидких чугунов.
14.Как изменяется прочность сг„ от температуры перегрева и легирования чугунов?
15.Как влияет термоскоростная обработка расплавов на структурообразование и механические свойства отливок из алюминиевых сплавов и чугунов?
16.Охарактеризуйте способы обработки расплавов методами внешнего воздействия: вакуумированием; плавкой нейтральными газами;
дегазацией путем вибрации, воздействия ультразвуком, электрическим током.
17.Как влияет облучение металлов и их сплавов в жидком состоянии наносекундными электромагнитными импульсами на их физические свойства, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные характеристики?
Библиографический список
1. Емельянов А. А. О структурных превращениях в жидком алюминии / А. А.
Емельянов, Ю. А. Базин, Е. А. Климентьев // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1985.
- № 5.
2.Знаменский Л. Г. Электроимпульсные нанотехнологии в литейных процессах / Л. Г. Знаменский [и др.]. - Челябинск : ЧГУ, 2003.
3.Кисунько В. 3. Термоскоростное модифицирование расплавов / В. 3. Кисунько [и др.] // Изв. АН СССР. Металлы. - 1981. - № 1.
4.Муравьев В. И. Изготовление литых заготовок в авиастроении / В. И. Муравьев [и др.]. - Владивосток : Дальнаука, 2003.
5.Никитин В. И. Наследственность в литых сплавах / В. И. Никитин. - Самара Изд-во СГТУ, 1995.
6.Попель П. С. Фазовый переход или распад метастабильных агрегатов? / П. С. Попель // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1985. - № 5.
7.Пригунова А. Г. Структура и свойства расплавов, обработанных электрическим током / А. Г. Пригунова, В. П. Гольчак, В. М. Замятин // Тез. науч. сообщений VI Всесоюзн. конф. по расплавам. - Свердловск : Ин-т металлургии УЦ АН СССР, 1986.
8.Ри Хоссн. Влияние температурных режимов плавки, модифицирующих и легирующих элементов на свойства чугунов в жидком и твердом состояниях / Хосен Ри. - Владивосток : ДВО РАН; Хабаровск : Изд-во ХГТУ, 1997.