Практика микрозондовых методов исследования металлов и сплавов

 

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.