Дослідження розчинності силіцію та мангану в цементиті сплавів на основі заліза

Анотація

У роботі отримано вираз для вільної енергії цементиту та визначена розчинність мангану та силіцію в цементиті Fe₃C в залежності від температури. Дослідження проводили на сплавах з вмістом карбону 0,55-0,60 % (мас.), силіцію 0,95-1,0 % (мас.), мангану 0,8-0,9% (мас.), решта – залізо. Виплавку сплавів системи Fe-Mn-Si-C проводили в печі в алундових тиглях в атмосфері аргону. Швидкість охолодження виливки складала 10 К/с. Для визначення структурного стану сплавів використовували мікроструктурний та рентгеноструктурний аналізи. Окрім цього, в роботі були визначені механічні характеристики сплавів, що досліджували в даній роботі, а саме, залежність границі міцності, відносного видовження, відносного звуження, ударної в’язкості та твердості від хімічного складу сплаву. Отримані в даній роботі результати показали, що найкращі мікроструктурні та механічні характеристики має сплав на основі заліза з вмістом карбону 0,57 % (мас.), силіцію 0,97 % (мас.), мангану 0,85 % (мас.). Основною структурною складовою всіх сплавів, які досліджували є перліт (до 95 % об’ємної частки). У сплавах були виявлені дрібнодисперсні включення карбідів Fe_2,7Mn_0,3C та Fe_0,25Mn_1,4C_0,6 та Fe₉SiC_0,4, об’ємна частка яких склала до 1,5 %, інше – ферит. Цементит має великий вплив на фізико-механічні характеристики сплавів. За допомогою квазіхімічного методу була визначена вільна енергія цементиту, легованого манганом та силіцієм, а також була отримана залежність граничного вмісту кремнію і марганцю в цементиті в залежності від температури. Встановлено, що має місце підвищений вміст карбону в цементиті (до 28,79% (ат.)). Манган може заміщати до 12% атомів заліза, а силіцій до 4,5% атомів заліза в залежності від температури. Отримані в роботі розрахункові дані добре узгоджуються з експериментальними даними інших авторів.