5.2.4. Кристаллизация белых чугунов

Чугуны отличается от сталей более высоким содержанием углерода и примесей. Белый чугун – чугун, в котором большая часть углерода находится в связанном состоянии, в виде цементита, на изломе имеет белый цвет. Фазовый состав сталей и белых чугунов при нормальных температурах одинаков (феррит и цементит), но свойства резко отличаются. Литейные свойства чугунов тем выше, чем состав ближе к эвтектике – 4,3 % С (т.е. меньше температурный интервал кристаллизации).

 Сплав II – эвтектический чугун (4,3 % С). Первичная кристаллизация начинается в точке 1 при 1147 °С (точка С на рис. 5.9) когда образуется эвтектика ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита первичного: Ж_4,3  Л = А_2,14 + Ц_6,69.

При охлаждении ниже 1147 °С (точка 1) вследствие ограниченной растворимости (линия SE) «лишний» углерод вытесняется из аустенита с образованием кристаллов вторичного цементита, который объединяются с цементитом первичным, входящим в состав ледебурита.

При охлаждении до 727 °С (точка 2) содержание углерода в аустените, входящим в состав ледебурита, снижается до 0,8 % (точка S), создаются условия для эвтектоидного превращения и аустенит распадается на механическую смесь феррита и цементита вторичного. При дальнейшем охлаждении из феррита выделяется лишний углерод в виде цементита третичного, который структурно не выявляется. Микроструктура чугуна показана на рис. 5.10,б.

С плав I – доэвтектический чугун (2,14–4,3 % С). Первичная кристаллизация начинается в точке 1 (рис. 5.9) с формирования кристаллов аустенита, растущих в форме дендритов. По мере охлаждения концентрация углерода в расплаве растет до 4,3 %, в аустените – падает до 2,14 %. Изменение концентрации можно проследить по правилу отрезков. При 1147 °С (точка 2) проходит эвтектическое превращение – образование механической смеси кристаллов аустенита и цементита первичного.

П ри охлаждении ниже 1147 °С на границах первоначально образовавшихся крупных кристаллах аустенита формируются кристаллы цементита вторичного в виде цементитной оболочки вокруг дендритов. В мелких кристаллах аустенита, в составе ледебурита, образующийся цементит вторичный соединяется с первичным. При охлаждении до 727 °С (точка 3) аустенит обедняется углеродом до 0,8 % (точка S) и создаются условия для эвтектоидного превращения.

При дальнейшем охлаждении из феррита выделяется цементит третичный, который структурно не обнаруживается. Микроструктура чугуна показана на рис. 5.10,а. С увеличением содержания углерода в сплаве количество перлита уменьшается, а цементита – увеличивается.

Сплав III – заэвтектический чугун (4,3–6,69 % С). Кристаллизация начинается в точке 1 (рис. 5.9) с формирования кристаллов цементита первичного. По мере охлаждения жидкая фаза обедняется углеродом по линии ликвидус (CD) и в точке 2 достигает эвтектического состава (4,3 % С). При 1147 °С образуется ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита первичного.

При дальнейшем понижении температуры в кристаллах цементита первичного никаких превращений не происходит, а изменения в структуре ледебурита аналогичны тем изменениям, которые происходят в сплавах I и II. Микроструктура чугуна приведена на рис. 5.10,в.