CC BY
3НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
НАУКА И МИРОВОЗЗРЕНИЕ
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ЧХ8 ПРИ ЕГО ОБРАБОТКЕ FE-SI-MG МОДИФИКАТОРОМ
Шербутаев Нодирбек Илхом угли
студент НИТУ МИСиС, РФ, г. Москва Актуальность работы
Хромистые чугуны наиболее широко используются для изготовления литых изделий, работающих в условиях абразивного износа, воздействия повышенных температур и коррозионно-активных сред.
Варьированием содержания хрома можно в широких пределах изменять служебные характеристики чугунов применительно к тем или иным условиям эксплуатации литых изделий.
Существенного повышения эксплуатационных характеристик хромистых чугунов можно достичь путем дополнительного легирования такими легирующими элементами как ванадий, молибден, вольфрам, марганец, никель и др. При легировании за счет изменения фазового строения чугуна удается достичь большего прироста показателей служебных свойств, но этот путь является и наиболее затратным.
Цель работы
Термодинамическая оценка возможности стимулирования формирования хромистых карбидов СГ7С3 при обработке хромистого чугуна Fe-Si-Mg модификатором.
Объект исследования
Объектом исследования являлся хромистый чугун ЧХ8 с содержанием, %: 8 Сг, 3,3 С, 1,8 Si, 0,5 Мп. В качестве модификатора использовали Fe-Si-Mg- модификатор следующего состава (%): 46,0 Si, 6,0 М^ 0,5 РЗМ, Fe -остальное
Методика исследования
Возможность стимулирования образования в чугуне ЧХ8 хромистых карбидов при обработке Fe-Si-Mg- модификатором изучали путем термодинамического анализа реакции:
7 [Сг] + 3 [С] = СГ7С3.
Авт = Авт° + R • Т • 1п{(асг7сз)/ [(асг)7 • (ас)3]}
Концентрации элементов (С, Si, Мп, Сг и Mg) в микрозонах рассчитывали из условия смешивания чугуна и модификатора в отношениях: 100/0; 95/5; 90/10; 80/20; 70/30; 60/40; 50/50; 40/60; 30/70; 20/80; 10/90; 5/95; 0/100 соответственно.
Схема образованием микро-зон растворения модификатора, увеличения их размера и изменения в них содержания Si и Mg
При этом расплав чугуна во время его обработки модификатором считали находящимся в квази-равновесном состоянии. В макро-масштабе модифицированный расплав чугуна является неравновесным, потому что в нем присутствует множество микро-зон с высоким содержанием Si и Mg - очагов растворения модификатора. Содержание модифицирующих элементов в них с течением времени снижается. Но в пределах узкого интервала времени Дй можно считать содержание кремния и магния в них неизменными и равными Sii и Mgi. Ввиду этого, состояние расплава в микро-зонах в пределах малого интервала времени Дt считали равновесным. В микро-зонах из-за высокого содержания Si и Mg углерод проявляет повышенную активность. Поэтому в них в присутствии хрома могут создаться благоприятные условия для формирования высокохромистого карбида СГ7С3
Изменение энергии Гиббса реакции образования хромистого карбида Cr7C3 в различных точках микро-зон при различных температурах
200000 ■ ■ . II I | I I |
1)0000
-200000 -I-*-'-!-'-1-•-1-1-*-1
ДоляФС50Мг6иЧХ8,%
Рисунок 2. Изменение энергии Гиббса реакции образования хромистого карбида Сг-С, в различных точках микро-зон при раз личных температурах
Результаты расчетов показали, что при обработке расплава чугуна Fe-Si-Mg модификатором в микрозонах в широких пределах концентрации создаются благоприятные условия для формирования (Сг^е)7Сз фазы.
Причем, с уменьшением температуры область достижения отрицательного значения ДGт становится все шире, а абсолютная величина его все большим.
Результаты расчетов подтверждаются данными фазового рентгеноструктурного анализа чугуна обработанного различным количеством модификатора, которые представлены на рисунке 3.
Хромистый чугун ЧХ8 имеет трехфазное строение: состоит из включений хромистого карбида и цементита, а также легированного феррита в виде металлической основы. При обработке этого чугуна 0,15 % Fe-Si-Mg модификатора структура чугуна из трехфазной трансформируется в двухфазную. При этом объёмная доля хромистого карбида (Cr,Fe)7Cз возрастает с 21 до 29 %, цементита уменьшается с 3 % до нуля, а легированного феррита снижается с 76 до 71 %. Такая трансформация структуры чугуна ЧХ 8 обеспечивает за счет увеличения объемной доли хромистого карбида (&^)7Сз соответствующее повышение его функциональных свойств
Заключение
Результаты исследования показывают, что при обработке хромистого чугуна модификатором ФС50Мг60 происходит трансформация структуры, которая проявляется не только в изменении формы, размеров и распределения структурных составляющих, но также в изменении фазового состава.
Таким образом, при обработке хромистого чугуна модификатором ФС50Мг60 проявляется не только модифицирующий, но также и легирующий эффект.
