1.2. Особенности легирования

Легирование является одним из методов управления процессами образования структуры и формирования свойств чугуна. Оно позволяет измельчать первичные структурные составляющие, получать однородную микроструктуру продуктов распада переохлаждённого аустенита, заданные механические и специальные свойства. В табл. 1.1 приведён порядок величин концентрации некоторых легирующих элементов чугуна. Кроме этих элементов в промышленности используются специальные чугуны с добавками иттрия, теллура, бериллия, тантала.

Для достижения многих практических целей наиболее эффективно комплексное легирование двумя и более элементами.

В легированных чугунах проявляется особая чувствительность к содержанию в них скрытых примесей, источником которых могут быть шихтовые материалы, вводимые добавки, особенности металлургических процессов выплавки.

Таблица 1.1

Содержание элементов в легированных чугунах

Назначение чугуна	Максимальное содержание элементов, %
	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	Ti	W	Cu	Al	Nb	Zr	Sn	B	Sb	P
Конструкционное литьё	4	1,5	1	4	0,6	0,6	0,6	0,6	1,5	3	0,6	0,6	0,5	0,004	0,02	0,8
Специальное литьё	16	18	35	30	6	8	3	3	3	30	3	3	2,0	0,8	0,2	2,5

Поскольку в процессе получения легированных чугунов заложены обычные промышленные методы плавки, то предпочтение должно быть отдано в этом случае использованию электропечей (табл. 1.2).

В общем случае отливки из легированных чугунов отличаются большой склонностью к образованию различных литейных дефектов. Многие из них связаны с наличием газов, особенно водорода.

Таблица 1.2.

Содержание газов в промышленных чугунах (см³/100 г) в зависимости от типа плавильного агрегата

Плавильный агрегат	Содержание газов, см3/100 г			Всего
	O	H	N
Вагранка	1,7	2,7	6,2	10,6
Электропечь дуговая	1,1	2,0	6,6	9,7
Индукционная тигельная печь	1,1	2,3	3,7	7,1

Таким образом, одним из главных условий осуществления процесса легирования чугунов, являются гарантии получения отливок без литейных дефектов.

Легирующие элементы оказывают влияние на структуру и свойства чугуна в результате сложных физико-химических процессов, протекающих в жидком, затвердевающем и твёрдом его состоянии.

Образование структуры промышленных легированных чугунов происходит в условиях отличающихся от равновесных. Фазовый состав и особенно микроструктура легированных чугунов являются функцией многих переменных: способа получения сплава, степени перегрева расплава, условий заливки и охлаждения в форме и типа формы и др.

При легировании чугунов необходимо считаться с рядом особенностей поведения легирующих элементов и их влияния на природу образующихся фаз и их структурное обособление. К таким особенностям относятся:

- процессы перераспределения сил межатомных связей, происходящие в жидком растворе под влиянием легирующих элементов;

- изменение растворимости углерода;

- образование различных соединений легирующих элементов с углеродом, скрытыми примесями чугуна и между собой;

- изменение температурных и концентрационных интервалов образования и распада фаз.

Важная роль в формировании структуры и свойств легированных чугунов отводится высокоуглеродистым фазам. Углерод может быть как в свободном, так и в связанном виде. Это вызывает заметное затруднение при описании влияния легирующих элементов на процесс графитизации.