Практика микрозондовых методов исследования металлов и сплавов

Кальнер В.Д., Зильберман А.Г.

Металлургия, 1981 г.

МИКРОЗОНДОВЫЙ АНАЛИЗ ЧУГУНОВ

Детали, изготавливаемые в машиностроении из серых, ковких и легированных чугунов, должны проявлять в эксплуатации самые разнообразные свойства. Однако их оптимизация часто затруднена, так как многообразный фазовый и структурный состав чугунов не позволяет выявить основную причину, ответственную за то или иное свойство.

Сведения о локальной структуре и составе позволяют уточнить механизм влияния отдельных элементов на физико-химические свойства сплавов, хотя при этом иногда приходится отказываться от привычных представлений, так как на основе современных знаний возникают новые гипотезы.

Например, вредное воздействие серы и фосфора на образование горячих трещин в отливках ковкого чугуна прежде объясняли образованием легкоплавких пленочных эвтектик, располагающихся по границам зерен и нарушающих связь между ними. Ниже излагаются результаты исследования при помощи MAP, которые подтвердили существование другого механизма влияния серы и фосфора на образование горячих трещин и позволили разработать новые меры борьбы с дефектом.

Исследование распределения элементов в высокопрочных ковких чугунах

Формирование структуры ковкого чугуна происходит в два этапа: при кристаллизации белого чугуна из расплава и в процессе графитизирующего отжига. Кинетика этих процессов на каждом этапе определяется температурой, содержанием углерода, кремния, марганца, серы и фосфора, а также рядом других факторов.

Для получения качественного высокопрочного ковкого чугуна необходимо, чтобы в литом состоянии была белая структура, свободная от включений первичного графита, а после отжига — компактные включения углерода отжига и требуемая структура металлической основы.

Если углерод и кремний оказывают существенное влияние на структурообразование белого чугуна в процессе его кристаллизации, то марганец и сера — на структуру и свойства ковкого чугуна в процессе его графитизирующего отжига. Выбор определенного соотношения серы и марганца (S/Mn >= 1,0) позволяет получить ковкий чугун с шаровидной формой графита и перлитной основой, однако механизм влияния этих элементов до последнего времени оставался неясным.

Для изучения распределения основных элементов в микрообъемах белого и ковкого чугунов после предварительного металловедческого исследования использовали метод микрорентгеноспектрального анализа. Исследование проведено на белых чугунах, содержание основных элементов в которых находилось в следующих пределах, %: С 2,6—2,8; Si 1,0—1,3; Мn 0,20—1,10 и S 0,05—0,54.

Локальное зондирование в микрообъемах чугуна позволило установить количественное распределение кремния между структурными составляющими белого чугуна. Основная часть кремния концентрируется в аустените и в периферийных зонах дендритных ветвей, в ледебуритном цементите его содержание незначительно. В ферритном ковком чугуне кремний равномерно распределяется в металлической матрице и в состав графитных включений и сульфидов не входит.