Вплив рідкісноземельних металів на структуру та властивості залізовуглецевих сплавів

Abstract

Основними матеріалами в машинобудівній промисловості наразі є залізовуглецеві сплави – це технічне залізо, сталі та чавуни. Діаграма стану системи Fe-C є основою для вивчення процесів формування структури сплаву, тому що структура сплаву визначає його властивості. Важливо знати також, які фази та структури будуть формуватися в сплавах залежно від їх складу і температури. Треба звісно вміти керувати процесом структуроутворення для забезпечення як експлуатаційних властивостей сплавів, так і механічних. В залізовуглецевих сплавах, наприклад, графіт, на відміну від цементиту, є стабільною фазою. При плавленні заліза з вуглецем, відповідно отримуємо сплави з різноманітною структурою і властивостями. При підвищеній швидкості охолодження сплавів у результаті процесу кристалізації звісно утворюється цементит. Утворення графіту спостерігається тільки у високовуглецевих сплавах у випадку при повільному охолодженні або ще при деякій ізотермічній витримці. В сплавах зі зниженим вмістом вуглецю, певна річ, утворення графіту буде малоймовірне. В системі Fe–Fe3C можливі: перше, рідка фаза – розчин заліза й вуглецю та друге, чотири твердих фази: d та a – тверді розчини ферит (Ф); g – твердий розчин аустеніту (А); і цементит Fe3C. Лінії ліквідус – АВСD та солідус – АНІЕСF. Натепер перспективним безумовно вважається шлях створення високовуглецевих сплавів з додаванням сильних нітрідоутворювачів (Y, Ce, La, Ze), а також карбідоутворювачів, які утворюють стійкі нітриди та карбіди. Ефект взаємодії РЗМ зокрема, церія, лантана, на величину ударної в’язкості сплаву здійснюється авжеж при швидкому охолоджені від температури ліквідуса. Мета. Метою даної роботи є дослідження впливу рідкісноземельних металів на структуру та властивості сплаву для литих деталей. Методика. В лабороторній печі ємністю тигля біля 1,5 кг виконували плавку сплаву. Після плавлення основних компонентів сплав розкисляли відповідно кремнієм із розрахунку 0,25 %, а також мікролегували церієм, лантаном, цирконієм та ітрієм. Зразки звичайно одержували вакуумним всмоктуванням рідкого сплаву відповідно в кварцеві трубки діаметром 5–12 мм. Отже, використовувана методика дозволяє звісно швидко одержувати набори складів, крім того, зразки майже не вимагають додаткової обробки. Застосовувався також метод виготовлення зразків з сплаву, який заливається у форму. Результати. При введенні 0,1 % церію незначно збільшується ударна в’язкість, звісно, це відбувається при рафінуванні церієм і майже зовсім будуть зникати неметалеві включення, які спостерігаються у вихідному стані і є округлі темного кольору включення закису заліза FeO з дуже великим вмістом. Вміст 0,2 % церію звісно відповідає максимуму мікротвердості та відповідно мінімуму значень ударної в’язкості. У структурі сплаву з 0,2 % спостерігається велика кількість пластівоподібної фази, яка суттєво впливає на підвищення твердості сплаву та на зменшення ударної в’язкості. Наукова новизна. При проведенні дослідження з’ясовано, що мікролегуюча взаємодія, наприклад, церія залежить від величини швидкості кристалізації. Показано також, що максимальний ефект взаємодії РЗМ, в тому числі і церія, на величину ударної в’язкості сплаву має місце при швидкому охолоджені від температури ліквідусу. Практична значимість. Ударна в’язкість досліджуваного сплаву буде зменшуватися певна річ, коли збільшується швидкость кристалізації сплаву з рідкого стану. РЗМ, а також цирконій характеризуються дуже обмеженою розчинністю в залізі. Також мікроструктурні дослідження сплаву звісно з присадками церію показали, що при введенні їх у кількості, наприклад, більше 0,6 % у мікроструктурі вже з’являються додаткові фази, це інтерметаліди церію з основними компонентами сплаву.