В работе исследовали процесс выделения теплоты кристаллизации легированных чугунов с целью уточнения механизма влияния химического состава на кинетику затвердевания отливок.

Исследования проводили на чугунах марок 240Х16, 260Х28, 300Х22, 300Х12М 300Х12Г5, 300Х12Г3М методом дифференциального термического анализа на термоанализаторе ГДТД-24АВ фирмы “SETARAM”на образцах диаметром 3 ± 0,2 мм и длиной 6 ± 0,5 мм. Параметры затвердевания (температуры ликвидус (t_л) и солидус (t_с), теплота (L) и время (t) кристаллизации) легированных чугунов определяли при охлаждении образцов в гелии со скоростью 20 ^оС/мин.

Результаты экспериментов приведены на рис. 1.

Рис. 1. Кинетика выделения теплоты кристаллизации легированных чугунов в абсолютных (а) и относительных (б) значениях

Данные, приведенные на рис. 1, показывают, что процесс кристаллизации исследованных легированных чугунов состоит из следующих этапов:

1. Начало процесса выделения аустенита с увеличением скорости выделения теплоты кристаллизации до локального максимума.
2. Завершение процесса выделения аустенита с уменьшением скорости выделения теплоты кристаллизации до локального минимума.
3. Начало процесса выделения эвтектики с увеличением скорости выделения теплоты кристаллизации до максимума.
4. Завершение процесса выделения эвтектики с уменьшением скорости выделения теплоты кристаллизации до нуля в момент окончания затвердевания.

Анализ результатов, приведенных на рис. 1, показывает, что в зависимости от химического состава чугунов продолжительность первого этапа затвердевания составляет от 11 до 22% от общего времени затвердевания, второго – 20…60%, третьего – 17…35%, четвертого – 12…27%. Количество выделившейся теплоты кристаллизации на первом этапе изменяется от 7 до 13% от общей теплоты кристаллизации, на втором – от 14 до 46%, на третьем – от 29 до 55% и на четвертом – от 17 до 29%.

Множественный корреляционный анализ показал, что продолжительность 1 и 2 этапов кристаллизации определяется эффективностью накопления элементов на поверхности центров кристаллизации и растущих кристаллов аустенита в результате адсорбции при температуре ликвидус и в середине интервала затвердевания, соответственно. При переходе к эвтектической кристаллизации дополнительным значимым фактором становится выделение карбидов, количество которых одновременно с эффективностью накопления элементов на поверхности растущих кристаллов в результате адсорбции при температуре солидус определяют продолжительность 3 и 4 этапов кристаллизации.