Форма графита и названия чугунов

Форма графита	Название чугунов (по форме графита)
Пластинчатая	Серый
Шаровидная	Высокопрочный
Хлопьевидная	Ковкий
Тонкая пруткообразная	Вермикулярный

Образование графита в структуре чугунов происходит двумя путями:

1. При фазовых превращениях во время кристаллизации и последующем охлаждении сплава в соответствии с диаграммой «Fe – C - Si»;

2. При термической обработке – длительном отжиге белых чугунов, когда реализуется реакция превращения карбида железа в графит: Fe₃C → 3Fe + C.

Чем меньше в чугуне содержится цементита, тем полнее происходит графитизация (реакция образования графита), определяющая фазовый состав металлической составляющей. По структуре металлической составляющей чугуны подразделяют на ферритный, феррито - перлитный, перлитный. Тип структуры во многом зависит от характера эвтектоидного превращения.

Рис. 3.15. Обобщенная классификация чугунов со схемами микроструктур

а	б	в	г

Рис. 3.16. Микроструктура чугунов с различной формой графита и различным

составом металлической части: а – серый чугун с пластинчатой формой графита (перлитный); б – высокопрочный чугун с шаровидным графитом (перлитный);

в, г – ковкий чугун с хлопьевидным графитом (ферритный) (в) и феррито-перлитный (г)

Если эвтектоидное превращение идет по реакции А→ [Ф + Г], то углерод полностью находится в свободном состоянии, в виде графита. Такие чугуны называются ферритными.

Если эвтектоидная реакция в чугунах протекает с образованием перлита (частично или полностью), то окончательная структура чугунов будет феррито-перлитной Ф + П + Г или перлитнойП + Г .

Механические свойства зависят от соотношения структурных составляющих и параметров графитных включений (форма, размер). Прочность чугунов при растяжении и при изгибе и относительное удлинение увеличиваются в ряду: от ферритного к перлитному, и от серого (пластинчатая форма графита) к высокопрочному (шаровидная форма графита) (табл. 3.13).

Таблица 3.13

Зависимость механических свойств чугунов от формы графита и структуры металлической части

Металлическая основа	Твердость, НВ	Форма графитовых включений
		Пластинчатая (серые чугуны)	Хлопьевидная (ковкие чугуны)	Шаровидная (высокопрочные чугуны)
П	250
Ф + П	200
Ф	150

Чем более дисперсны графитные включения, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Наиболее высокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства.

Рис. 3.17. Структурная диаграмма для чугунов в зависимости от содержания углерода и кремния (а) и толщины стенки (скорости кристаллизации) (б):

I – белые чугуны; I’– половинчатые чугуны; II, III, IV – серые чугуны соответственно с перлитной, феррито-перлитной и ферритной металлической основой

На рис. 3.2 показано, каким образом можно регулировать структуру металлической составляющей чугунов, изменяя содержание углерода и кремния, а также скорость охлаждения (путем изменения толщины стенки отливки). При пониженной скорости охлаждения фазовые превращения идут в соответствии с равновесной диаграммой, и образуется графит. При повышенной скорости охлаждения углерод частично выделяется в виде цементита. Половинчатым называется чугун, в котором эвтектическая реакция протекает и с образованием графита, и с образованием цементита. Механические свойства чугунов могут быть изменены при использовании следующих способов: специальное легирование (хромом, никелем, молибденом, медью – для серых чугунов); химико-термическая обработка (азотирование); упрочняющая термическая обработка (для высокопрочных чугунов).