5.4. Формирование структуры белых чугунов

Белыми называют чугуны, в которых углерод полностью находится в химически связанном состоянии, то есть в виде цементита. Поэтому они кристаллизуются в соответствии с диаграммой состояния Fe–Fe₃C.

В зависимости от содержания углерода белые чугуны делятся на три группы: 1) эвтектический (С=4,3 %); 2) доэвтектические (С от 2,14 до 4,3 %); 3) заэвтектические (С от 4,3 до 6,67 %).

Рассмотрим фазовые превращения в белых чугунах при охлаждении.

1. Доэвтектический чугун с содержанием С=2,5 % (I) (рис. 5.6):

а–1: простое охлаждение Ж;

1–2: Ж_1–С →А_1–Е;

точка 2: а) А_Е, Ж_С;

б) Ж_С →А_Е+Ц_F, (А_Е+Ц_F – ледебурит);

в) А_Е , Л(А_Е +Ц_F);

2–3: А_Е–S → Ц_II

точка 3: а) А_S , Ц_II, Л(А_S + Ц_II +Ц_К);

б) А_S → Ф_Р + Ц_К , (Ф_Р + Ц_К – перлит);

в) П, Ц_II , Л(П + Ц_II + Ц).

Ниже точки 3 превращений нет.

Конечная структура:

П + Ц_II + Л(П + Ц_II + Ц) → П + Ц_II + Л_ПР (П + Ц),

где Л_ПР – превращённый ледебурит.

Следует отметить: 1) цементит вторичный, который выделяется из аустенита, входящего в состав ледебурита, при микроструктурном исследовании не обнаруживается, так как он сливается с цементитом ледебурита; 2) ледебурит, находящийся между линиями ECF и PSK (1147…727 С), представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. На линии PSK происходит эвтектоидное превращение А_S→Ф_Р+Ц_К, (Ф_Р+Ц_К – перлит). Поэтому ниже линии PSK ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита. Такой ледебурит называют превращённым [1].

С, %

Время

Рис. 5.6. Кривые охлаждения белых чугунов

2. Заэвтектический чугун с содержанием С=5,0 % (II) (см. рис. 5.6):

b–4: простое охлаждение Ж;

4–5: Ж_4–С→ Ц_I;

точка 5: а) Ц_I, Ж_С;

б) Ж_С → А_Е + Ц_F , (А_Е + Ц_F – ледебурит);

в) Ц_I, Л (А_Е + Ц_F);

5–6: А_Е–S→ Ц_II;

точка 6: а) Ц_I, Л (А_S + Ц_F);

б) А_S → Ф_Р + Ц_К , (Ф_Р + Ц_К – перлит);

в) Ц_I, Л (П+ Ц_II + Ц_К).

Конечная структура:

Ц_I +Л_ПР (П + Ц),

где Л_ПР – превращённый ледебурит.

Аналогичным образом можно рассмотреть формирование структуры эвтектического чугуна, которая при комнатной температуре состоит из Л_ПР (П + Ц).

На рис. 5.7 показаны схемы структур белых чугунов.

Рис. 5.7. Схемы структур белых чугунов: а – доэвтектический; б – эвтектический;

в – заэвтектический. Темные участки на рис. а – перлит, светлые пластины

на рис. в – первичный цементит

6. Чугуны

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, в которых углерода содержится более 2,14 %. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита или графита, а также одновременно в виде цементита и графита. В зависимости от формы углерода в сплавах различают белые, серые, ковкие, высокопрочные чугуны.

6.1. Белые чугуны

Белыми называют чугуны, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Цементит придаёт излому чугуна специфический светлый блеск. Поэтому чугун называют белым. Фазовые превращения в белых чугунах протекают согласно диаграмме Fe–Fe₃C и рассмотрены в п. 5.4.

В структуре белых чугунов много цементита. Он обладает высокой твёрдостью и хрупкостью. Белые чугуны не поддаются пластической деформации и обработке резанием. Поэтому для изготовления деталей машин их не используют. Ограниченное применение находят отбеленные чугуны. Белые чугуны используют в качестве передельного чугуна для получения стали, а также как полуфабрикат для получения ковкого чугуна путем специального отжига.