Графітизуюче відпалювання
Розглянемо повний цикл при виробництві ковкого чавуну без застосування будь-якої попередньої обробки. На рисунку поданий режим графітизованого відпалювання для отримання ковкого чавуну.
Рисунок 2: режим графітизованого відпалювання для отримання ковкого чавуну А- перша стадія графітизації.
Б) проміжна стадія графітизації
В)друга стадія графітизації: а – нагрів; б – витримка; в – проміжне охолодження
Як свідчить графік, режим відпалювання складається з декількох стадій:
А) нагрів до температур, які на графіку знаходяться значно вище, ніж точка Ас (950-10500С) у нейтральній атмосфері.
Б) витримка при цих температурах – перша стадія графітизації.
В) проміжна стадія графітизації
Г) дуже повільне охолодження в критичному інтервалі температур (760-6800С) складає другу стадію графітизації.
Д) заключне охолодження
Тривалість першої стадії залежить від низки факторів:
А) хімічного складу відливки, особлива відносно вмісту кремнію
Б) температури, прийнятною для першої стадії графітизації.
В) наявність захисної атмосфери
Г)товщини відливок до швидкості нагріву
Д) умов плавлення
Е)часом старіння деталі після плавлення до відпалювання.
Метою першої стадії графітизації, як відомо, є повне зникнення в структурі цементиту евтектичного походження й цементиту вторинного. Наприкінці першої стадії структура повинна складатись з аустеніту й графіту
(відпалювання вуглецю).
У проміжній стадії графітизації необхідно зберігати структурну рівновагу за лінією ES діаграми стану сплавів залізо-графіту. Швидкість охолодження на цій стадії визначається дифузійними процесами.
На другій стадії проходить безпосередньо при обертанні аустеніта в ферит й графіт або відбувається перетворення α – γ й графітизується перлітний цементит. На цьому етапі формується металічна матриця ковкого чавуну. По закінченні другої стадії структура повинна складатись з фериту й відпалювання вуглецю. Така структура отримується в випадку повільного охолодження в інтервалі температур евтектичного перетворення.
Відпалювання білого чавуна на ковкий – тривалий процес, який продовжується десятки годин.
У виробництві ковкого чавуну, відпалювання – найбільш дорога операція, яка сильно впливає на собівартість продукції. Тому розроблені різні способи прискорення відпалювання. Визначення „прискорені методи відпалювання” включає різні види попередньої обробки чавуна в рідкому або твердому стані перед відпалюванням, як правило, усі ці способи дозволяють шляхом такої попередньої обробки різко збільшити кількість центрів графітизації при наступному відпалюванні, що дозволяє значно скоротити необхідний для відпалювання час, як в першій, так і в другій стадіях.
Більшість цих способів базується на попередній термічній обробці відливів чавуна перед відпалюванні.
Особливо легко починається графітизація при відпалюванні тих відливок у яких попередньо тим чи іншим шляхом, була порушена суцільність металічної матриці білого чавуна (посадні мікропори, ультрамікроскопічні шпарини, пухкість у результаті пластичної деформації й інше). Спостереження свідчать, що в цьому випадку зародження графіту в металічний матриці значно полегшується, так як вузьке місце процесу зародження – утворення зародкових порожнин – долається ще до графітизуючого відпалювання іншими шляхами, особливо показним у цьому відношенні є вплив попереднього гартування чавуна. Якщо білий чавун піддати температурі вище Ас1 такій швидкості, щоб було забезпечено мартенситне перетворення аустеніту, то кількість зародків графіту, які утворюються при наступному нагріві до температур графітизації в інтервалі А-Т в сотні разів більше, ніж у тому ж чавуні, який не підлягав гартуванню. Ці багаточисленні зародки графіту утворюються як на поверхні А/Ц , так і в аустеніті, й тим який випробовувався при гартуванні мартенситного перетворення. Добре відомо, що спостерігаючи збільшення а об’єму перетворення аустеніту в мартенсит обумовлене не тільки переходом щільної кубічної гранецентрованої структури аустеніту в більш щільну тетрагональну структуру мартенситу, а й локальними пухкостями структури в формі багато численних ультрамікроскопічних гартованих шпаринок, які з’являються в мартенситі. Порушення щільності, яке утворюється при гартуванні й є, як бачимо, тими місцями, де починається виділення вуглецю.
Великий вплив на утворення центрів графітизації має попередня низькотемпературна обробка білого чавуна перед відпалюванням. Чим нижча температура цієї обробки, тим з більшої кількості центрів при відпалюванні йде графітизація. Однак, чим нижче температура попередньої обробки, тим більш тривалим повинна бути витримка для того, щоб попередня обробка була ефективною.