13.Белые чугуны, их структура, свойства, применение.
Белый чугун. Белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Доэвтектические белые чугуны содержат 2,14-4,3% углерода, эвтектический – 4,3%, заэвтектические – более 4,3%.
Диаграмма Fe – Fe3C отражает фазовые превращения, протекающие в белых чугунах при нагреве и охлаждении (рис. 1).
Кристаллизация белых доэвтектических чугунов начинается с выделения из жидкого раствора кристаллов аустенина; заэвтектических – с выделения первичного цементита.
При температуре 11470C(линия EF) белые чугуны претерпевают эвтектическое превращение. Оно заключается в образовании из жидкого раствора, содержащего 4,3%C, эвтектической смеси, состоящей из кристаллов аустенита с концентрацией углерода 2,14% и кристаллов цементита. Смесь эта называется ледебуритом.
При дальнейшем понижении температуры уменьшается растворимость в аустените углерода, в результате чего последний выделяется из аустенита в виде вторичного цементита.
При температуре 727oC аустенит претерпевает, как и в углеродистых сталях, эвтектоидное превращение.
Рис. 1. Диаграммы метастабильного (сплошная линия) и стабильного (пунктир) равновесия железоуглеродистых сплавов.
Таким образом, структура белого доэвтектического чугуна при комнатной температуре состоит из ледебурита, перлита и вторичного цемента (рис.2, а). Ледебуритная составляющая представляет собой светлые цементитные поля с равномерно расположенными на них темными перлитными участками. Перлит образует темные зерна; вторичный же цементит частично виден в виде светлых выделений по границам перлитных зерен, а частично сливается с цементитом ледебурита.
Эвтектический белый чугун (рис.2, б) имеет в своей структуре один ледебурит.
Структура белого заэвтектического чугуна (рис.2, в) состоит из ледебурита, в матрице которого расположены крупные призматические кристаллы первичного цементита, выделившиеся из жидкого раствора.
Образованию белого чугуна способствует большая скорость охлаждения сплава, повышенное содержание Mg от 0,5 до 1,2% (и более), а также легирующих элементов (карбидообразователей): Cr, W, V.
Из-за большего содержания цементита белые чугуны обладают высокой твердостью (до 500-700 НВ) и хрупкостью, трудно обрабатываются резанием на станках, их можно лишь шлифовать абразивным инструментом. Поэтому в качестве конструкционных материалов их применяют редко, используя только для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного абразивного изнашивания, т.е. соприкасающихся в процессе работы с частицами песка, руды и т.п. (детали гидромашин, пескометов и др.). Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют Cr, V, Mo и другими карбидообразующими элементами.
Большее применение находит так называемый отбеленный чугун при изготовлении массивных изделий, обладающих большой поверхностной твердостью. При этом химический состав чугуна и скорости затвердевания отливки подбирают так, что белый чугун получается лишь на поверхности, а в середине – серый чугун. Такие изделия хорошо сопротивляются износу. Это прокатные валки, вальцы и шары мельниц, волочильные доски, бандажи вагонных колес, лемехи плугов и др. Однако основная часть получаемого заэвтектического чугуна идет в переплавку, а доэвтектического на переработку (специальной термической обработкой) в ковкий чугун. В судостроении белые чугуны практически не используются. На речном флоте из белого (отбеленного) чугуна отливают роульсы черпаковых скатов многочерпаковых земонарядов, шнеки для подборщиков, применяемых при перегрузке песка, эпатитов и т.п. грузов.
Рис.2. Структура белого чугуна а) доэвтектического; б) эвтектического;
в) заэвтектического.