В граф ит изироеанных чугунах при эвтектоидном превращении графитная составляющая остается без изменений, меняется лишь м еталлическая матрица. Вид превращ ения зависит от скорости охлаждения и содержания кремния. Важное значение имеет изменение скорости охлаждения в различны х интервалах тем ператур. В конструкционных чугунах, содержащих 1,8-2,2 % Si, температура начала эвтектоидного превращения «800°С . Оно сопровождается резким снижением растворимости углерода. В результате превращ ения образуются структуры, состоящие из феррита и высокоуглеродистой фазы. Вид этой фазы зависит от скорости охлаждения. При медленном охлаждении в чугунах всех видов происходит стабильное превращение А —►(Ф + Г) и углеродистая фаза представляет собой графит. При более

быстром охлаждении (со скоростью, характерной для охлаждения фасонных отливок в обычных песчано-глинистых формах) распад аустенита проходит по метастабильной схеме А -►(<$> + Ц) и углеродистая фаза выделяется в виде цементита, который образует с ферритом эвтектоидную смесь - перлит. Чем меньше кремния, тем больше вероятность образования перлита. При малых скоростях охлаждения графит, выделяющийся при распаде аустенита, диффузионным путем наслаивается на его первичные включения. В перлитных чугунах при более высоких скоростях охлаждения вторичная графитизация не происходит. Количество графита не увеличивается, а матрица становится прочнее. Более подробно влияние условий охлаждения можно проанализировать при помощи термокинетических диаграмм распада аустенита, которые приводятся в справочной литературе.

В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения перлитных чугунов матрица может остаться перлитной (при медленном охлаждении) или мартенситной (при быстром охлаждении), а при средних скоростях охлаждения могут появиться промежуточные структуры: сорбит, троостит или бейнит.

Следовательно, регулируя скорость охлаждения отливки на различных этапах и меняя содержание кремния в сплаве, можно изменять структуру чугуна.

1.5. Графитообразование в чугунах

Все свойства чугуна в той или иной степени зависят от присутствия в нем графита, поэтому графитообразование является важной составной частью кристаллизации чугунов. Графитизацию можно рассматривать как частный случай кристаллизации. К ней применимы все основные положения общей теории кристаллизации. В соответствии с этим существенную роль играют величина переохлаждения, наличие центров кристаллизации, критический размер зародыша и т.д.

В зависимости от состава и условий охлаждения в чугунах различают:

первичный графит , образующийся из жидкой фазы; эвтектический

графит, образующийся при эвтектическом превращении Ж -* А + Г; вторичный графит, выделяющийся из твердой фазы при охлаждении; эвтектоидный графит, появляющийся в результате эвтектоидного превращения А—►Ф + Г

Из совмещенной диаграммы состояния видно, что пунктирные линии стабильного состояния расположены выше сплошных линий метастабильной системы. С позиций термодинамики это означает, что бинарные сплавы всегда сохраняют склонность к графитизации. У сплавов, находящихся левее эвтектики, расстояние между линиями невелико. Невелика и склонность этих сплавов к граф итизации. Необходимо учитывать, что для начала кристаллизации аустенито-графитной эвтектики требуется большее переохлаждение, чем для кристаллизации ледебурита. Это объясняется тем, что цементит ледебурита содержит всего 6,4-6,67 % С, а графит практически 100 %, поэтому зародышеобразование графита затруднено, если в чугуне нет дополнительных центров кристаллизации.

В заэвтектическихчугунах расстояние между линиями CD и C’D’резко возрастает. Чугун трудно переохладить ниже линии CD, и кристаллизация начинается с выделения первичного графита. Зародышами графита служат различные тугоплавкие включения. Учитывая принцип структурного и размерного соответствия, можно предположить, что такими зародышами в первую очередь могут быть различные углеродные комплексы, а также некоторые другие неметаллические включения: окислы, нитриды и пр.

Кристаллизация первичного графита идет без помех со стороны других фаз. Этим объясняется разнообразие форм и размеров первичного графита.Это могут быть отдельные изолированные или сросшиеся пластины, но чаще всего первичный графит имеет форму разветвленной розетки, выросшей из одного центра (рис. 1.12). В плоскости микрошлифа графитовые включения наблюдаются в виде беспорядочно расположенных пластинок, каждая из которых является срезом отдельных ответвлений крупных дендритов графита розеточной формы.

Если в расплаве присутствуют поверхностно-активные вещества или в него специально введены п о в е р х н о с т н о - а к т и в н ы е добавки-мО диф икаторы, то скорость роста дендритов графита в разных направлениях выравниваемся. Быстрый рост

эвтектического превращ ения становится аустенит. Его дендриты разрастаются внутри эвтектических колоний, а графит располагается в междуосных пространствах, и представляет собой дисперсные образования наподобие коралловых веточек. Такой графит называют междендритным. В сером чугуне, близком к состоянию, при котором начинается отбел, пластинки графита иногда вырождаются, превращаясь в разветвленный кристаллит из очень тонких лепестков, веточек, соединенных между собой в каждой эвтектической ячейке. На микрошлифе срез такого куста имеет вид разрозненных включений графита. Поэтому его иногда неверно называют точечным. Так как "веточки" и "лепестки" такого графита объединены в один разветвленный монокристалл, который сильно перерезает металлическую матрицу и разобщает её на отдельные слабо связанные друг с другом микрообъемы, то механические свойства такого чугуна достаточно низкие. На рис. 1.14 показано изменение формы и размеров графитовых включений при увеличении скорости охлаждения.

Рис. 1.14. Форма и размеры графита при различной скорости охлаждения >< 100: а - малой; б - средней; в - большой

Общие закономерности таковы: малая скорость охлаждения (малая степень переохлаждения) обусловливает образование грубых пластинчаты х розеток графита; большие скорости способствую т измельчению пластинок розеток, а затем появлению междендритного графита.