Открытый доступ
Доступ для подписчиков
Влияние модифицирования ниобием на процесс затвердевания и механизм кристаллизации литейной среднеуглеродистой стали
Аннотация
Исследовано влияние модифицирования ниобием на размер зерна первичного аустенита, величину литейной усадки и поведение при кристаллизации литейной среднеуглеродистой стали, выплавляемой в среднечастотной индукционной печи. Установлено, что 0,1 % (масс.) ниобия повышает жидкотекучесть стали и способствует образованию концентрированной усадки вместо рассеянной пористости. Модифицирование приводит к формированию равноосной полиэдрической структуры вместо грубых дендритов и значительно уменьшает размер первичных аустенитных зерен. С использованием электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа обнаружено, что ниобий образует с углеродом твердофазные частицы NbC. Эти частицы химически стабильны при высокой температуре расплава и являются эффективными центрами кристаллизации первичного аустенита путем неспонтанного зародышеобразования. Предложена модель сопряжения кристаллических решеток на границе между γ-Fe и NbC. Механизм гетерогенного зарождения NbC заключается в том, что первичный аустенит растет на {111}γ-Fe вдоль плотноупакованной плоскости {111}NbC в направлении <011>γ-Fe || <112>NbC и рассогласование кристаллографических плоскостей составляет всего 9,79 %.
Ключевые слова
Литература
Stetsenko V. Y. Mechanism of modification of the structure of alloys during their hardening // Met. Sci. Heat Treat. 2009. V. 51, Is. 3 – 4. P. 142 – 145.
Zakharov V. V. Special features of crystallization of scandium-alloyed aluminum alloys // Met. Sci. Heat Treat. 2012. V. 53, Is. 9 – 10. P. 414 – 419.
Antsyferova M. V., Bannykh I. O., Liberov Y. P. Effect of titanium modification on the fracture behavior of ultrahigh-strength low-alloy steel // Met. Sci. Heat Treat. 2008. V. 50, Is. 7 – 8. P. 400 – 403.
Denisova T. V., Vyboishchik M. A., Tetyueva T. V., Ioffe A. V. Changes in the structure and properties of low-carbon low-alloy pipe steels upon inoculation with REM // Met. Sci. Heat Treat 2013. V. 54, Is. 9 – 10. P. 530 – 534.
Vdovin K. N., Gorlenko D. A., Zavalishchin A. N. Carbide transformations in tempering of complexly alloyed white cast iron // Met. Sci. Heat Treat. 2015. V. 57, Is. 3 – 4. P. 123 – 127.
Lichioiu I., Varga B. Modification of the AlSi8Cu3 alloy with strontium // Metal. In. 2010. V. 15, Is. 8. P. 34 – 36.
Liu X., Wang Q., Kondrat’ev S. Yu. et al. Microstructural, mechanical, and damping properties of a Cu-based shape memory alloy refined by an in situ LaB6/Al inoculant // Metall. Mater. Trans. A. 2019. V. 50, Is. 5. P. 2310 – 2321.
Wang J. H., Huang J. F., Su S. P., Wu C. J. Effect of reverse modification of Al – 5Ti – B master alloy on hypoeutectic ZnAl4Y alloy // Mater. Des. 2012. V. 38. P. 133 – 138.
Hu J. L., Tang C. P., Zhang X. M., Deng Y. L. Modification of Mg2Si in Mg – Si alloys with neodymium // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. V. 23, Is. 11. P. 3161 – 3166.
National standards of the People’s Republic of China // Carbon steel castings for general engineering purpose, GB/T11352-2009 [in Chinese]: Standard press of China, Beijing, China, 2009.
Chaus A. S. Modifying cast tungsten-molybdenum high-speed steels with niobium, zirconium, and titanium // Met. Sci. Heat Treat. 2005. V. 47. P. 53 – 61.
Ray A. Niobium microalloying in rail steels // Mater. Sci. Techn. 2017. V. 33, Is. 14. P. 1584 – 1600.
Liu C., Huang Y., Liu H., Jiang M. Effects and mechanisms of niobium on the fracture toughness of heavy rail steel // Adv. Mater Res. 2011. V. 163. P. 110 – 116.
Jansto S. G. Microniobium alloy approach in medium and high carbon steel bar, plate and sheet products // Metall. Mater. Trans. B. 2014. V. 45, Is. 2. P. 438 – 444.
Zimina L. N. Niobium in heat resistant steels and alloys // Met. Sci. Heat Treat. 1972. V. 4. P. 896 – 902.
Kheirandish S. Effect of Ti and Nb on the formation of carbides and the mechanical properties of as-cast AISI-M7 high-speed steel // ISIJ Intern. 2001. V. 41, Is. 12. P. 1502 – 1509.
Zhang Q. K., Li S. W., Xiao Y. F., Wu L. Effects of niobium addition on microstructure and properties of CPM121 powder metallurgy high-speed steel // J. Cent. South Univ. 2021. V. 28. P. 1206 – 1218.
Azzoug M. O., Boutarek-Zaourar N., Aboudi D. et al. Niobium addition effect in molds at last cooling step on EN-GJL250 gray cast iron microstructural changes and electrochemical behavior // China Foundry. 2018. V. 15. P. 228 – 235.
Mirzaee M., Momeni A., Keshmiri H., Razavinejad R. Effect of titanium and niobium on modifying the microstructure of cast K100 tool steel // Metall. Mater. Trans. B. 2014. V. 45, Is. 6. P. 2304 – 2314.
Kondrat’ev S. Yu., Sviatysheva E. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Fragmented structure of niobium carbide particles in as-cast modified HP alloys // Acta Mater. 2017. V. 127. P. 267 – 276.
Кондратьев С. Ю., Святышева Е. В., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. Строение упрочняющих частиц карбида ниобия в литых жаропрочных Fe – Cr – Ni сплавах // ФММ. 2017. Т. 118, № 7. С. 693 – 704. (Kondrat’ev S. Yu., Svyatisheva E. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Structure of strengthening particles of niobium carbide in Fe – Cr – Ni cast refractory alloys // Phys. Met. Metallogr. 2017. V. 118, No. 7. P. 659 – 670.)
Кондратьев С. Ю., Святышева Е. В., Петров С. Н. Особенности строения дисперсных частиц карбида ниобия в структуре жаропрочных сплавов на основе Fe – 25Cr – 35Ni // Вопросы материаловедения. 2017. № 1(89). С. 51 – 63. (Kondratiev S. Yu., Sviatysheva E. V., Petrov S. N. Structural features of niobium carbide disperse particles in the structure of heat-resistant alloys based on Fe – 25Cr – 35Ni system // Inorg. Mater. Appl. Res. 2018. V. 9, Is. 6. P. 1035 – 1043.)
Кондратьев С. Ю., Беликова Ю. А., Забавичева Е. В. Экспериментальное исследование структуры первичных карбидов на основе Nb в литых жаропрочных сплавах HP40NbTi // МиТОМ. 2022. № 7(805). С. 17 – 26. (Kondrat’ev S. Yu., Belikova Yu. A., Zabavicheva E. V. Experimental study of the structure of Nb-based primary carbides in cast refractory alloys HP40NbTi // Met. Sci. Heat. Treat. 2022. V. 64, Is. 7 – 8. P. 370 – 378.)
Turnbull D., Vonnegut B. Nucleation catalysis // Indus. Eng. Chem. 1952. V. 44, Is. 6. P. 1292 – 1298.
Bruce L. Bramfitt. The effect of carbide and nitride additions on the heterogeneous nucleation behavior of liquid iron // Metall. Trans. 1970. V. 1, Is. 7. P. 1987 – 1995.
Tirumalasetty G. K., Van Huis M. A., Fang C. M. et al. Characterization of NbC and (Nb, Ti)N nanoprecipitates in TRIP assisted multiphase steels // Acta Mater. 2011. V. 59, Is. 19. P. 7406 – 7415.
Song M. M., Song B., Zhang S. H. et al. Role of lanthanum addition on acicular ferrite transformation in C – Mn steel // ISIJ Int. 2017. V. 57, Is. 7. P. 1261 – 1267.
Han F. L. Handbook of powder metallurgy [in Chinese]. Metallurgical Industry Press, Beijing, China, 2012. P. 460 – 462.
Kang X. F. Ferritic stainless steel [in Chinese] // Metallurgical Industry Press, Beijing, China, 2012. P. 24 – 28.
DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.4.39-48
© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024