розділ 2.3) обумовлює значний розвиток дифузійних процесів. Такі процеси, в більшості випадків термообробки, приводять до інтенсивного обміну різними елементами сплаву між існуючими в структурі фазами. Це може викликати не лише структурні зміни окремих фаз, а і зміни їх морфології, що приведе до зміни фазового складу сплаву.
В першому наближенні при нормалізації ЛКМ оцінювали структурні та морфологічні зміни високомідистої ?-фази з використанням металографічних методів досліджень.
Слід відмітити, що для переважної більшості експериментальних ЛКМ процес розпаду первинного евтектичного цементиту проходить без ускладнень, що особливо характерно для сплавів з більшим вмістом міді. Як видно з рис.4.1 при зростанні вмісту міді час розпаду евтектичних карбідів зменшується, що спрощує технологію нормалізації даних ЛКМ.
Рис.4.1. Залежність кількості первинного цементиту
в структурі нормалізованих ЛКМ
від часу та температури нормалізаційного відпалу.
Більша схильність до графітизації евтектичного карбіду в чавунах з вищим вмістом міді ймовірно пов'язана з більшою розчинністю в ньому цього елементу. Причиною цього є більше насичення міддю евтектичного карбіду при вищих концентраціях міді. Це приводить до підвищення термодинамічної активності вуглецю, що стимулює первинну графітацію в чавуні.
Такі припущення підтверджуються даними локального мікрорентгеноаналізу, отриманні з допомогою мікроаналізатора РЭММА-102А. Встановлено, що кількість міді в евтектичному цементиті зростає до значень 1,5...2,0 % при вмісті міді в сплаві 12...15 % мас. цими ж дослідженнями встановлено, що присутність її в перлітних ділянках значно більша: досягає 7...8 % мас. Певна кількість міді концентрується, скоріше за все, на границях пластин евтектоїдного цементиту, що пояснює значну термодинамічну стійкість останнього при графітизації. Крім того, високий ступінь дисперсності евтектоїду, викликає зменшення інтенсивності дифузійних процесів відносно атомів міді. Як показують результати мікроаналізу використані в роботі режими нормалізаційного відпалу не приводять до змін вказаної концентрації міді в перліті.
Окремі результати точкового мікроаналізу вказують на аномальне підвищення концентрації міді в кристалах евтектичного карбіду. Це пов'язано з захватом електронним променем крапель високомідистої ?-фази, присутність яких виявляється мікростуктурно (рис. 4.2). Такі включення ?-фази спостерігаються, практично у всіх евтектичних ділянках структури виливків ЛКМ. Кількість їх підвищується при зростанні вмісту міді в чавунах. У виливках з вмістом міді більше 6...8 % мас. можуть зустрічатись прошарки ?- фази між плитами евтектичного карбіду.
Рис.4.2. Включення ?-фази в кристалах евтектичного карбіду. ?1000.
Незважаючи на безпосередній контакт таких включень ?-фази з кристалами евтектичного цементиту нормалізаційний відпал мало впливає на їх форму та розміри. Це пов'язано з малою розчинністю міді в цементиті ледебуриту. Як показують результати кількісного металографічного аналізу помітних змін за кількістю ?-фази не відбувається (табл. 4.1). Зменшення кількості евтектичного карбіду при температурах нормалізаційного відпалу може викликати зменшення кількості ?-фази внаслідок збільшення частки аустеніту в металічній матриці ЛКМ. Більша здатність аустеніту до розчинення міді може приводити до поглинання дрібних крапель ?-фази, які існували в евтектичному цементиті, т.т. в місцях з незначною концентрацією міді. Витримка ЛКМ при температурах аустенізації сприяє зрівноваженню розподілення міді в металічній матриці. В той же час після охолодження в перліті нормалізованих чавунів концентрація міді зменшується до 5...6 % мас.
Таблиця 4.1
Дані кількісного металографічного аналізу ЛКМ
після нормалізаційного відпалу
№№ плавокКількість фаз та структурних складових, %ПерлітФеритГрафітСфероїди Г+?Вільноструктурні включення ?-фазиЛіквація ?-фази186,58,24,8-0,5-285,67,65,10,90,8-381,07,05,85,21,3-481,16,64,76,11,2-576,48,05,68,02,0-675,77,95,58,42,5-777,27,25,07,92,7-877,26,44,98,02,60,9977,26,04,47,42,82,21077,06,14,07,02,93,0
Нормалізаційний відпал мало впливає на форму різних типів включень високомідистої ?-фази. В той же час кількість дрібних краплевидних включень може зменшуватись внаслідок збільшення кількості перліту. При цьому на границях сфероїдних включень Г+? можна спостерігати виділення міді (рис. 4.3). Ці виділення формуються по всій поверхні сферичного включення та не спотворюють його форму. Проходження цього процесу пов'язано з дифузією атомів міді та зрівноваженням концентрації міді в аустеніті. Внаслідок більшої термічної стійкості порівняно великих включень Г+? при аустенізації відбувається поглинання цими включеннями більш дрібних за рахунок процесів дифузії. Дифузійний характер цього явища підтверджується даними мікрорентгеноаналізу, які вказують на різницю за хімічними складом мідистих полів та ?-фази у включеннях Г+?. Вміст заліза в мідистих виділеннях становить 2...2,5 % мас., що приблизно в 2 рази менше ніж у включеннях, які виділилися при кристалізації.
Рис.4.3.Структура сфероїда Г+? нормалізованого
високомідистого чавуну Cu=8,53 % мас. ?400
Інтенсивність виділення мідистих полів по границі включень Г+? залежить від температури та часу аустенізації чавунів і спостерігається лише після 5...6 годин витримки при температурах 880...900 ?С. Це пов'язано з насичення аустеніту міддю. При вищих температурах аустенізації концентрація міді в аустеніті вища, що підвищує ймовірність виділення міді на готових включеннях Г+?. Такий механізм набуває більшого розвитку під час евтектоїдного перетворення, коли в процесі ??? переходу здатність до розчинення міді металічної матриці ЛКМ значно