Серые чугуны
Рассмотрим структурообразование в сером чугуне Х3 (рис. 8.5). Ниже температуры ликвидуса (точка 5) происходит первичная кристаллизация аустенита. Если охлаждение достаточно медленное и эвтектический расплав переохлаждается до температур ниже точки 1153 °С, но выше точки 6, то образование аустенито - цементитной эвтектики (ледебурита) вообще невозможно и кристаллизуется аустенито - графитная эвтектика (Ж →А + Г). Она не имеет специального наименования.
В обычном сером чугуне графит похож на крабовидное образование, а также на корабельный винт, лопасти которого имеют незакономерную форму. В сечении плоскости шлифа такие «лопасти» имеют вид изолированных чешуек, изогнутых пластинок, сужающихся на концах (рис. 8.7, в). Специальным отжигом белых чугунов получают ковкий чугун (рис. 8.7, а) в структуре которого графит имеет хлопьевидную форму. При введении в чугуны малых добавок магния или церия (менее 0,1 %) графит приобретает шаровидную форму (рис. 8.7, б), и такой чугун называется высокопрочным. Графит плохо полируется и, рассеивая свет, имеет темный оттенок на шлифе.
После окончания кристаллизации серый чугун состоит из двух фаз - аустенита и графита. При последующем достаточно медленном охлаждении выделяется вторичный графит, который наслаивается на эвтектический графит, утолщая последний, но практически не изменяя его формы.
Заключительным превращением в сером чугуне является эвтектоидный распад аустенита. В зависимости от скорости охлаждения возможны три варианта этого распада и соответственно три типа структуры серого чугуна.
Вариант первый — охлаждение медленное, и аустенит эвтектоидного или близкого к нему состава переохлаждается до температуры ниже 738 °С, но выше точки 7 (см. рис. 8.5). В этом случае происходит распад по схеме А → Ф + Г. Графит эвтектоидного происхождения наслаивается на ранее образовавшийся эвтектический графит, и поэтому колонии феррито-графитного эвтектоида не формируются.
Рисунок 8.7 - Микроструктура ковкого чугуна на ферритной основе (а), высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе (б) и серого чугуна на перлитной основе (в)
Феррит эвтектоидного происхождения образует самостоятельную структурную составляющую, являющуюся металлической основой серого чугуна. Такой чугун состоит из двух структурных составляющих - графита (темные хлопьевидные включения) и феррита (светлые зерна), и его называют ферритным или серым чугуном на ферритной основе. В качестве примера чугуна на ферритной основе на рисунке 8.7, а приведена микроструктура ковкого чугуна. Для выявления строения металлической основы серых чугунов используют тот же травитель, что и для сталей, - слабый раствор HNO3 в спирте.
Вариант второй - ускоренное охлаждение, при котором аустенит эвтектоидного или близкого к нему состава переохлаждается до температур ниже точки 7. При этих температурах эвтектоидный распад в
принципе может происходить как по схеме А → Ф + Ц, так и по схеме А → Ф + Г. Но распад по схеме А → Ф + Ц происходит намного быстрее, и весь аустенит превращается в перлит (Ф + Ц) раньше, чем начнется распад по схеме А → Ф + Г. В результате серый чугун состоит из двух структурных составляющих – графита (эвтектического происхождения с наслоившимся на него вторичным графитом) и перлита (см. рис. 8.7, в). Такой чугун называют перлитным, или серым чугуном на перлитной основе.
Третий вариант по условиям охлаждения и структуре металлической основы является промежуточным между первым и вторым вариантами. Чугун охлаждается быстрее, чем при первом варианте, но медленнее, чем при втором. В результате серый чугун состоит из трех структурных составляющих: графита (эвтектического происхождения с наслоившимся на него вторичным графитом), феррита и перлита. Такой чугун называют феррито-перлитным, или серым чугуном на феррито-перлитной основе. Чем больше скорость охлаждения, тем большая доля аустенита превращется в перлит.