Ковкий чугун

Чугун с хлопьевидными включениями графита в практике назы­вают ковким чугуном. Название "ковкий чугун" является условным, поскольку заготовки изделий из него, как и из любого другого чугуна, из­готавливают не ковкой, а отливкой. Вместе с тем этот чугун обла­дает более высокими по сравнению с серым чугуном пластическими свойствами.

Принципиальная схема технологии получения деталей из ков­кого чугуна состоит из двух операций. Сначала путем отливки по­лучают детали из белого доэвтектического чугуна (2,5 … 3,3 % С), структура которого состоит из перлита и ледебурита. Затем полу­ченные отливки подвергают отжигу, в процессе которого цементит, входящий в состав ледебурита и перлита, распадается на феррит и графит (углерод отжига).

В зависимости от степени распада цементита, определяемого условиями проведения отжига, структура металлической основы ковкого чугуна может быть:

- феррит - при полном распаде цементита, входящего в перлит и ледебурит,

- феррит + перлит или перлит - при частичном распаде цементита, входящего только в ледебурит.

Хлопьевидная форма графита является основной причиной бо­лее высокой прочности и пластичности ковкого чугуна по сравне­нию с серым чугуном (табл. ) из-за менее резко выраженной объемности напряженного состояния вблизи концентратора напряжений -полости, занятой включением графита.

Несмотря на высокие механические свойства ковкого чугуна, применение его ограничено из-за толщины отливок, которая бывает не более 50 мм,

Высокопрочный (модифицированный) чугун

Чугун с шаровидным графитом называется высокопрочным чу­гуном. Операция модифицирования заключается а том, что перед разливкой в литейные формы в ковш вводят небольшие добавки, называемые модификаторами, которые оказывают сильное влияние на процесс кристаллизации. Для модифицирования чугуна применяется ферросилиций, алюминий, но лучшим модификатором считается маг­ний, при введении которого (около 0,5%) в жидкий чугун выделяющийся графит приобретает шаровидную форму.

Включения шарообразной формы не вызывают значительной не­равномерности в распределении напряжений, и следовательно, та­кого сильного снижения пластичности, как пластинчатые включения с острыми краями.

Структура металлической основы модифицированного высокопрочного чугуна может быть:

- ферритной;

- феррито-перлитной;

- перлитной.

В чугуне, модифицированном магнием и имеющем ферритную ос­нову, предел прочности временное сопротивление при растяжении может превышать 400 МПа, а от­носительное удлинение составляет около 15 %. В перлитном высокопрочном чугуне предел прочности при растяжении превышает 600 МПа. а относительное удлинение 3 %

Основные сведения

Критические точки, т.е. температуры фазовых превращений в сплаве, можно определить по результатам термического анализа: по перегибам и остановкам( горизонтальным площадкам ) на кривых охлаждения.

В системе железо-цементит критические точки впервые определил и описал в 1868 г. русский металловед Д.К. Чернов.

На диаграмме “железо-цементит” для сталей нижним критическим точкам А₁ ( или А_с1 - при нагреве ) соответствует линия PSK - превращение перлита в аустенит, а верхним критическим точкам А₃ ( или А_с3 - при нагреве ) соответствует линия GSE - конец растворения феррита в аустените в доэвтектоидных сталях и цементита в аустените - в заэвтектоидных сталях ( рис. 1 ).

Для определения критических точек в настоящее время применяют различные методы: пробных закалок, дилатометрический, дифференциальный, термический, измерения электросопротивления , из которых метод пробных закалок является наиболее простым.

Рассмотрим сущность этого метода на примере пробных закалок образцов из стали 40. Из стали 40 изготавливают образцы диаметром 15-20 мм и высотой 15-20 мм. Образцы нагревают до различных температур, охлаждают в воде или масле и измеряют на твердость.

Если температура нагрева образцов из стали 40 была ниже А_с1, то твердость их после охлаждения не повысится, так как не произойдет структурных изменений, структура так и останется феррит +перлит .

При нагреве образцов выше А_С1 структура будет состоять из феррита и аустенита.

В результате быстрого охлаждения аустенит превратится в мартенсит и структура стали будет феррит + мартенсит. Образование мартенсита повышает твердость. Нагрев до более высоких температур вызывает увеличение твердости, так как с повышением температуры возрастает количество аустенита и уменьшается количество феррита, а после быстрого охлаждения увеличивается соответственно количество мартенсита. Повышение твердости будет продолжаться до тех пор, пока сталь не нагреют выше Ас₃ . При таком нагреве получают структуру аустенит, а в результате быстрого охлаждения - мартенсит.

Дальнейшее повышение температуры закалки не изменит струк­туру стали и ее твердость в закаленном состоянии.

По результатам измерения твердости строят график зависимости температура - твердость стали ( рис. 2 ) .

По точкам перегиба на построенной кривой определяют критические температуры А₁ и А₃ стали 40.