82.Приведите график отжига белого чугуна на ковкий с двумя вариантами проведения второй стадии графитизации. Дайте краткие пояснения к режиму отжига.

Рис. 97. График отжига белого чугу­на иа ковкий:

I к II — первая и вторая стадии гра­фитизации

Первая стадия. Во время выдержки около 10 ч при 900—1050 °С проходит первая стадия графитизации (см. рис. 97), по окончании которой весь цементит эвтектического происхождения и ос­татки вторичного цементита заменяются графитом и струк­тура из аустенито-цементитной превращается в аустенпто- графитную.

Вторая стадия.

1. Металлическая матрица ковкого чугуна формируется при эвтектоидном распаде аустенита. Для получения чисто ферритной матрицы охлаждение в интервале температур эвтектоидного распада должно быть медленным (см. рис. 97 жирная линия). Здесь проходит вторая стадия графитизации — аустенит распадается по схеме А->-Ф+Г.

2. Развитие второй стадии графитизации можно обеспечить не только замедлением охлаждения в эвтектоидном интер­вале температур, но и изотермической выдержкой после обычного, не замедленного охлаждения (см. пунктирную площадку на рис. 97). При непрерывном охлаждении идет перлитное превращение аустенита, а последующая дли­тельная выдержка приводит к графитизации перлитного це­ментита. Механизм графитизации здесь принципиально такой же, как и на первой стадии; только графитизация идет путем переноса углерода не через аустенит, а через феррит от границы Ф/Ц к границе Ф/Г. Узким звеном про­цесса является эвакуация атомов железа в феррите от по­верхности растущего графита

83.Почему маловероятно гомогенное зарождение графита в аустените?

Удельный объем графита в несколько раз больше, чем у аустенита, и поэтому его гомогенное зарождение в плот­ной металлической матрице маловероятно — слишком ве­лика упругая составляющая ΔG_ynp в формуле (26).

ΔG = -ΔG_o6 + ΔG_noB + ΔG_ynp. Уравнение Гиббса (26)

Дисло­кации, субграницы и высокоугловые границы малоэффек­тивны в качестве мест гетерогенного зарождения графита из-за большой величины ΔG_ynp.

В объеме отливки местами гетерогенного зарождения графита служат несплошности, скопления вакансий, уса­дочные и газовые микропустоты, микротрещины, разрывы на границе аустенита с неметаллическими включениями из-за разности их термического расширения. Местами за­рождения графита могут быть диффузионные поры, возникающие при гомогени­зации аустенита. Например, при выравнивании состава аустенита после ухода ато­мов кремния из обогащен­ных им участков остается избыток вакансий, образую­щих поры. Этим предполо­жительно можно объяснить ускорение графитизации под действием кремния, ко­торое происходит, несмотря на то, что кремний замедля­ет диффузию углерода в аустените.

84.Каков механизм графитизации чугуна на первой стадии? Дайте пояснения с использованием диаграммы состояния.

Естественно, что при графитизации, когда удельный объем новой фазы еще более резко отличается от удельного объема исходной фазы, зародыши графита также преимущест­венно возникают на свободной поверхности аустенита.

В объеме отливки местами гетерогенного зарождения графита служат несплошности, скопления вакансий, уса­дочные и газовые микропустоты, микротрещины, разрывы на границе аустенита с неметаллическими включениями из-за разности их термического расширения. Местами за­рождения графита могут быть диффузионные поры, возникающие при гомогени­зации аустенит.

После образования цент­ров графитизации в аусте­ните существует градиент концентрации углерода, так как предельная раствори­мость цементита в нем выше, чем графита (на диаграм­ме состояния рис. 74 линия ES находится правее ли­нии E'S'). Например, если первая стадия графитиза­ции проходит при температуре t* (рис. 99), то состав аустенита на границе с цементитом изображается точкой b, на границе с графитом — точкой а. Выравнивание кон­центрации углерода в аустените делает его ненасыщенным по отношению к цементиту (на границе А/Ц состав аусте­нита сдвигается влево от точки Ь) и пересыщенным по от­ношению к графиту (на границе Л/Г состав сдвигается вправо от точки а). В результате непрерывно, вплоть до исчезновения, растворяется цементит и растет графит.

Кроме переноса атомов углерода через твердый рас­твор, для графитизации необходим еще один процесс — эвакуация атомов железа от поверхности растущего гра­фита, чтобы освободить графиту «жизненное» пространст­во. К. П. Бунин отметил, что именно этот диффузионный процесс, а не приток атомов углерода контролирует ско­рость роста графитных включений в аустените, так как диффузионная подвижность атомов железа намного мень­ше, чем у углерода.

Рис. 99. Участок диаграммы состояния системы Fe—С со сплошными линия­ми стабильного и пунктирными линия­ми метастабильного равновесия (схе­ма)