Білі чавуни

Мікроскопічний аналіз білих чавунів проводять, використовуючи діаграму стану Fe – Fe₃С (рис. l). Через присутність великої кількості цементиту білий чавун має високу твердість (HB=4500-5500 МПа), крихкий і практично не піддається обробці різанням. Тому білий чавун має обмежене застосування, як конструкційний матеріал.

Звичайною структурною складовою білих чавунів є ледебурит. Ледебуритом називають суміш аустеніту і цементиту, що утворюється по евтектичній реакції при переохолодженні рідини складу точки С (4,3% вуглецю) нижче температури 1147 °C.

Ж_C ¹¹⁴⁷^o^С

А_E Ц_F

евтектика (ледебурит)

Чавун, що містить 4,3 %С (точка С), називається білим евтектичним чавуном. Лівіше точки С знаходяться доевтектичні, а правіше - заевтектичних білі чавуни.

У доевтектичних білих чавунах з рідкої фази кристалізується аустеніт, потім евтектика – ледебурит.

При охолодженні чавуну в інтервалі температур від 1147 °С до 727 °С аустеніт збіднюється вуглецем, його склад змінюється по лінії ЕS і виділяється вторинний цементит. При невеликому переохолодженні нижче 727 °С аутеніт складу точки S по евтектоїдній реакції розпадається на перліт (Ф + Ц)

Рис. 1. Структурна діаграма стану системи залізо-цементит

(у спрощеному вигляді)

Вторинний цементит, що виділяється по межах зерен аустеніту, зливається з цементитом ледебуриту. Під мікроскопом важко розрізнити включення вторинного цементиту.

Таким чином, при кімнатній температурі в доевтектичних білих чавунах знаходяться три структурні складові - перліт, ледебурит і вторинний цементит (рис. 2).

Евтектичний білий чавун при кімнатній температурі складається з однієї структурної складової - ледебуриту. Останній, в свою чергу, складається з перліту і цементиту і називається ледебуритом перетвореним.

У заевтектичних білих чавунах з рідини кристалізується первинний цементит у вигляді плоских голок, потім утворюється ледебурит.

Рис. 2. Мікроструктура білих чавунів (ліворуч схематичне зображення):

а) доевтектичний; б) евтектичних; в) заевтектичних

При кімнатній температурі заевтектичний білий чавун містить дві структурні складові: первинний цементит і ледебурит.

Фазовий склад білих чавунів при кімнатній температурі такий же, як у вуглецевих сталях в рівноважному стані, всі вони складаються з фериту і цементиту.

Графітизовані чавуни.

Залежно від форми графітних включень розрізняють сірі, високоміцні, ковкі чавуни і чавуни з вермікулярним графітом.

Сірі чавуни отримують при меншій швидкості охолодження виливків, ніж білі. Вони містять 1 – 3 % Si – володіє сильною графітізуючою дією.

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні. Він добре обробляється ріжучим інструментом. З нього виробляють станини верстатів, блоки циліндрів, фундаментні рами, циліндрові втулки, поршні і т.д.

Сірі чавуни маркуються буквами СЧ і далі слідує величина межі міцності при розтягуванні (в кгс/мм²), наприклад СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).

Графіт в сірому чавуні спостерігається у вигляді темних включенні на світлому фоні нетравленого шліфу. За нетравленим шліфом оцінюють форму і дисперсність графіту, від яких у великій мірі залежать механічні властивості сірого чавуну.

Сірі чавуни підрозділяють за мікроструктурою металевої основи в залежності від повноти графітизації. Ступінь або повноту графітизації оцінюють за кількістю вільно виділеного (незв'язаного) вуглецю.

Повнота графітизації залежить від багатьох факторів, з яких головними є швидкість охолодження і склад сплаву. При швидкому охолодженні кінетично більш вигідно утворення цементиту, а не графіту. Чим повільніше охолодження, тим більше ступінь графітизації. Кремній діє в ту ж сторону, що й уповільнення охолодження, тобто сприяє графітизації, а марганець - карбідоутворюючий елемент - ускладнює графітизацію.

Якщо графітизація в твердому стані пройшла повністю, то чавун містить дві структурні складові - графіт і ферит. Такий сплав називається сірим чавуном на феритній основі (рис. За). Якщо ж евтектоїдний розпад аустеніту пройшов відповідно до метастабільної системи

A_S ⁷²^7o^C

Ф_Р Ц_К