Статья:

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ЧХ8 ПРИ ЕГО ОБРАБОТКЕ Fe-Si-Mg МОДИФИКАТОРОМ

Конференция: XXXIV Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: 9. Металлургия

Выходные данные
Шербутаев Н.И. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ЧХ8 ПРИ ЕГО ОБРАБОТКЕ Fe-Si-Mg МОДИФИКАТОРОМ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(34). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/5(34).pdf (дата обращения: 17.08.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

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 Cr7C3 при обработке хромистого чугуна Fe-Si-Mg модификатором.

Объект исследования

Объектом исследования являлся хромистый чугун ЧХ8 с содержанием, %: 8 Cr, 3,3 C, 1,8 Si, 0,5 Mn.

В качестве модификатора использовали Fe-Si-Mg- модификатор следующего состава (%): 46,0 Si, 6,0 Mg, 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 [Cr] + 3 [С] = Cr7С3.

ΔGT = ΔGT° + R ∙ T ∙ ln{(aCr7C3)/ [(aCr)7 ∙ (aC)3]}

Концентрации элементов (C, Si, Mn, Cr 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 ∆ti 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 ∆t 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 Cr7С3

Изменение энергии Гиббса реакции образования хромистого карбида Cr7C3 в различных точках микро-зон при различных температурах

 

Рисунок 2. Изменение энергии Гиббса реакции образования хромистого карбида Cr7C3 в различных точках микро-зон при различных температурах

 

Результаты расчетов показали, что при обработке расплава чугуна Fe-Si-Mg модификатором в микрозонах в широких пределах концентрации создаются благоприятные условия для формирования (Cr,Fe)7C3 фазы.

Причем, с уменьшением температуры область достижения отрицательного значения ΔGT 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.

 

Количество модификатора, %

1 – 3 – массовые доли карбида (Cr,Fe)7C3, цементита Fe3C и феррита соответственно

Рисунок 3. Изменение фазового состава чугуна ЧХ8 при модифицировании его ФС50Мг6 модификатором в количестве 0,75, 1,50 и 2,25 %

 

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)7C3 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 (Cr,Fe)7C3 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.