4.3.2 Половинчасті чавуни
Методом лиття виготовляються також вироби з так званого половинчастого чавуну, що в основі має структуру сірого чавуну, а на поверхні – білого (рис. 4.2). Вибілювання є результатом швидкого охолодження (в кокілях). Така структура поверхневого шару (товщиною 10...30 мм) забезпечує високу стійкість проти спрацьовування. Вироби із відбіленою поверхнею використовуються для виготовлення прокатних валів листових станів, куль для кульових млинів, коліс вагонеток тощо.
а) б)
Рисунок 4.2 – Мікроструктура половинчастих чавунів:
а) половинчатий чавун: сірі включення в центрі – графіт, темні ділянки навколо графіту – перліт, останнє – ледебурит (×200);
б) половинчатий доевтектичний чавун: сірі пластини – включення графіту, сірі ділянки – перліт, білі ділянки з включеннями перліту – цементит
(ледебурит) (×200)
4.3.3 Сірі чавуни (гост 1412-85)
В сірих чавунах графіт на площині шліфа має пластинчату форму. Кристалізація та структурні перетворення в цих чавунах відбуваються відповідно до стабільної діаграми (Fe-C) (рис. 4.3): при температурі нижче 1153 ºС утворюється аустенітно-графітна евтектика, а нижче 738 ºС – ферито-графітний евтектоїд. Технічні сплави, окрім заліза та вуглецю, містять кремній, марганець, алюміній тощо, тобто з багатокомпонентними сплавами, в яких евтектичне та евтектоїдне перетворення відбувається в інтервалі температур.
Структура відливок залежить від хімічного складу та швидкості охолодження при кристалізації та евтектоїдному перетворенні.
Через те, що в цементиті вміст вуглецю 6,67 %, а в графіті 100 %, кінетично більш ймовірно утворення Fe3C, не дивлячись на те, що термодинамічно стабільною фазою є графіт (правило Освальда). Тому при швидкому охолодженні можливо утворення цементиту та структур білого чавуну, зменшення швидкості охолодження сприяє процесу графітизації, тобто діє аналогічно введенню кремнію та алюмінію.
Структура чавунних відливків визначається за допомогою діаграм, що показують залежність структури від хімічного складу чавуну та товщини (швидкості охолодження) відливок. В залежності від структури металевої основи (рис. 4.4) сірі чавуни поділяються на:
феритні: структура основи – ферит, практично весь вуглець (за винятком розчиненого у фериті) знаходиться в графіті (рис. 4.4, а);
ферито-перлітні: структура основи – ферит і перліт. У зв’язаному стані знаходиться <0,7 % вуглецю (в цементиті перліту) (рис. 4.4, б);
перлітні: структура основи – перліт. У цих чавунах 0,7 % вуглецю знаходиться в цементиті перліту (рис. 5.4, в);
перлітно-цементитні (рис. 4.4, г).
Рисунок 4.3 – Діаграма стану залізо-графіт (штрихові лінії)
Механічні властивості сірих чавунів залежать не тільки від структури основи, але і від форми та розміру графітних частинок (рис. 4.5).
а) б)
в) г)
Рисунок 4.4 – Мікроструктура сірих чавунів:
а) феритні (×100); б) феритно-перлітні (×150);
в) перлітні (×400); г) перлітно-цементитні (×150)
а) б) в)
Рисунок 4.5 – Форми графітних включень, (×1000):
а) мало розгалужені включення графіту (повільне охолодження);
б) розгалужені включення графіту (прискорене охолодження);
в) включення кулькоподібного графіту (модифікований чавун)
Рисунок 4.6 – Вплив вуглецю i кремнію на структуру чавуна