Физико-технический институт НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь:

А. И. Покровский, заведующий лабораторией высоких давлений и специальных сплавов, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: arturu@tut.by

Показано, что процесс зарождения и роста включений шаровидного графита при затвердевании жидкого чугуна достаточно сложен, многостадиен и его можно одновременно описать несколькими механизмами. В данной статье предпочтительными считают механизм зарождения на включениях оксидов и адсорбционный механизм. Приведены металлографические доказательства поликристаллического строения шаровидного включения графита, состоящего из призм с основанием, близким к шестиграннику, и с послойным нарастанием чешуек в радиальном направлении. Методом математического моделирования получен ряд важных технологических параметров, в том числе зависимость скорости диффузионного роста сферического графитового включения в высокопрочном чугуне от времени кристаллизации. Выдвинута гипотеза о том, что графитные включения в структуре чугуна в процессе горячей обработки давлением претерпевают пластическую деформацию без следов какого-либо разрушения на сегменты или превращения в порошок. Гипотеза экспериментально подтверждена методами электролитического вытравливания металлической матрицы и исследованием «обнаженной» поверхности включений в литом и деформированном чугуне. Предложен механизм пластической деформации сферических включений графита в металлической матрице, заключающийся в скольжении призматических секторов (блоков) графита относительно друг друга, выклинивании центральных из них. Продолжительность процесса деформации составляет всего порядка 1 с. После завершения деформации межатомные связи восстанавливаются по наиболее коротким межатомным расстояниям.

Работа выполнена в ФТИ НАН Беларуси (г. Минск) в рамках ГПНИ «Электромагнитные технологии», задание № 3.3.3.

1. Леушин И. О., Панов А. Г. Современные тренды производства чугунного литья // Черные металлы. 2021. № 7. С. 32–40. DOI: 10.17580/chm.2021.07.02.
2. Stefanescu D. M. Solidification and modeling of cast iron – A short history of the defining moments // Materials Science and Engineering. A. 2005. Vol. 413-414. P. 322–333.
3. Alonso G., Larrañaga P., Stefanescu D. M., DelaFuente E., Natxiondo A., Suarez R. Kinetics of nucleation and growth of graphite at different stages of solidification for spheroidal graphite iron // International Journal of Metalcasting. 2017. Vol. 11. P. 14–26.
4. Ghassemali E., Hernando J. C., Stefanescu D. M. et al. Revisiting the graphite nodule in ductile iron // Scripta Materialia. 2019. Vol. 161. P. 66–69.
5. Stefanescu D. M. The Meritocratic ascendance of cast iron: from magic to virtual cast iron // International Journal of Metalcasting. 2019. Vol. 13, Iss. 4. P. 726–752.
6. Alonso G., Stefanescu D. M., Larranaga P., Suarez R. Graphite nucleation in compacted graphite cast iron // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14. P. 1162–1171.
7. Zanardi F., Mapelli C., Barella S. Reclassification of spheroidal graphite ductile cast irons grades according to design needs // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14, Iss. 3. P. 622–655.
8. Иванов В. Г., Пирожкова В. П., Лунев В. В. Исследование строения и формирования шаровидных включений графита в высокопрочном чугуне // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2016. Т. 3. № 5 (81). С. 31–36.

9. Найдек В. Л., Неижко И. Г., Гаврилюк В. П. Шаровидный графит в чугунах // Процессы литья. 2012. № 5 (95). С. 33–42.
10. Найдек В. Л., Верховлюк А. М. Некоторые размышления о механизме образования шаровидного графита в чугуне // Процессы литья. 2014. № 1 (103). С. 47–54.
11. Леушин И. О., Дубинский В. Н., Коровин В. А., Галкин В. В., Грачев А. Н., Пряничников В. А. Горячая деформация чугуна с шаровидным графитом: производственная реализация // Черные металлы. 2007. № 4. С. 17–19.
12. Дмитриев И. А., Соболев Б. М., Рыбалкин А. А. Обработка давлением чугуна с шаровидной формой графита (обзор) // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2012. № 3 (1). С. 83–86.
13. Суханов Д. А., Архангельский Л. Б., Плотникова Н. В. Пластическая деформация белых чугунов // Обработка металлов. 2017. № 4 (77). С. 43–54. DOI: 10.17212/1994-6309-2017-4-43-54.
14. Долженко А. М., Пушкаренко Н. В., Рязанцева В. С. Холодная пластическая деформация высокомедистых чугунов // Инновационные технологии в машиностроении, образовании и экономике. 2018. № 1-4 (7). С. 32–35.
15. Солдатов В. Г., Илюшкин Д. А., Петраков О. В. Исследование пластичности белого легированного чугуна // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 2 (75). C. 28–32.
16. Никишкина А. Б., Булычев В. В. Моделирование глубины упрочнения деталей из серого чугуна при обработке поверхностным пластическим деформированием // Инженерный вестник Дона. 2022. № 11. 7980.
17. Баранов Д. А. Влияние термообработки на деформируемость высокопрочного чугуна // Металлургия машиностроения. 2003. № 4. С. 32–36.
18. Баранов А. А. Сфероидизация графита при термической обработке деформированнного высокопрочного чугуна // Физика металлов и металловедение. 2004. № 2. С. 98–103.
19. Покровский А. И. Горячая пластическая деформация чугуна: структура, свойства, технологические основы. — Минск : Беларуская навука, 2010. — 256 с.
20. Покровский А. И., Хроль И. Н. Сравнительные исследования изломов высокопрочного чугуна в литом и деформированном состоянии // Литье и металлургия. 2015. № 4 (81). С. 131–146.
21. Bahadori-Fallah J., Farshidi M. H., Kiani-Rashid A. R. Equal channel angular pressing of spheroidal graphite cast iron // Materials Research Express. 2019. Vol. 6. No. 6. 066542. DOI: 10.1088/2053-1591/ab0dcf