1. Процес графітизації
Утворення стабільної фази графіту в чавуні може відбуватися в результаті безпосереднього виділення його з рідкого (твердого) розчину або внаслідок розпаду попередньо утворився цементиту. Процес утворення в чавуні (сталі) графіту називають графітизацією.
Рис. 1. Діаграма стану Fe-С (стабільна)
Діаграма стану стабільної рівноваги сплавів Fe-С показана на рис. 1 (штрихові лінії відповідають виділенню графіту, а суцільні - цементиту). У стабільній системі при температурах, що відповідає лінії С'' кристалізується первинний графіт. При 1153°С (лінія Е'С'1) утвориться графітна евтектика аустеніт + графить.
По лінії E виділяється вторинний графіт, а при 738 °С (лінія P'SK!) утвориться евтектоїд, що складається з фериту і графіту. Імовірність утворення в рідкій фазі (або аустеніті) метастабільного цементиту, що містить 6,67 % С, значно більше, ніж графіту, що складає тільки з атомів вуглецю. Графить утвориться тільки при дуже малій швидкості охолодження, коли ступінь переохолодження рідкої фази невелика. При переохолодженні рідкого чавуну нижче 1147 °С утвориться цементит.
Рис. 2. Структура графіту в сплавах Fe-С:
а - кристалічні ґрати; б - включення графіту, виділені з чавуну;
г - мікроструктура сірого чавуну (шліф не труєний), х100; в - структура феритного сірого чавуну, ×250
У рідкому чавуні присутні різні включення (графить, Si>2, AI2O3 і ін.). Ці частки полегшують утворення і ріст графітних зародків. При наявності готових зародків процес утворення графіту може протікати і при температурах, що лежать нижче 1147 °С. До цього ж приводить легування чавуну Si, що сприяє процесові графітизації.
Графить, що утворився з рідкої фази, росте з одного центра і, розгалужуючи в різні сторони, здобуває форму сильно скривлених пелюстків (рис. 2,6). У площині шліфа графить має вигляд прямолінійних або завихрених пластинок, що являють собою різні перетини графітних пелюстків (рис. 2,в).
При наступному повільному охолодженні можливе виділення графіту з аустеніту й утворення евтектоїдного графіту в інтервалі 738 - 727 °С {А→Ф+Г).
Основна маса графіту в сірих чавунах утвориться в період кристалізації з рідкої фази. Графить, що виникає при розпаді аустеніту, не створює самостійних виділень, а нашаровується на наявних включеннях, збільшуючи їхні розміри. Якщо аустеніт переохолоджений нижче 727 °С, то його розпад відбувається з виділенням феритно-цементитної структури. Якщо чавун, у якому вуглець знаходиться у виді цементиту, під дадуть тривалому нагріванню при високих температурах, у ньому також протікає процес графітизації, тобто розпад цементиту, на графіт і ферит при температурах нижче 738 °С або на графіт і аустеніт при більш високій температурі. Розпад при високих температурах відбувається шляхом розчинення цементиту в аустеніті і гетерогенному утворенні зародків графіту на вільних поверхнях аустеніту (усадочних і газових мікро порожнечах, усіляких несплошностях, скупченнях вакансій і т.д.). Ріст графітних утворень відбувається шляхом дифузії атомів вуглецю в аустеніті від границі аустеніт - цементит (при одночасному розчиненні цементиту в аустеніті) до границі аустеніт - графить. Цей процес супроводжується дифузією атомів заліза від поверхні графіту, що забезпечує можливість його росту. Графітизація при температурах нижче евтектоїдної протікає по тій же схемі шляхом дифузії вуглецю через ферит від границі фериту з цементитом до границі ферит - графить при одночасній дифузії атомів заліза від поверхні зростаючого графіту.