Білий чавун

Білим називається чавун, у якого весь вуглець знаходиться у зв’язаному стані у вигляді цементиту. Цей чавун кристалізується у відповідності з діаграмою залізо – цементит і відрізняється високою крихкістю. Колір чавуну сріблясто – білий. Фазовий склад чавунів при кімнатній температурі такий же як і у сталей – Ф+Ц, але властивості відрізняються, оскільки у білих чавунах велика кількість цементиту.

По кількості вуглецю і структурі білі чавуни діляться на доевтектичні (2,14 – 4,3% С), евтектичні (4,3% С), заевтектичні (4,3 – 6,67% С). У промисловості використовуються в основному до евтектичні чавуни, які мають структуру П+Л+Ц_ІІ. Із білих чавунів виливають валки прокатних станів, стрілки трамвайних рейок, бандажі вагонних коліс, кулі різних млинів. Із цього чавуну отримують ковкий чавун. Як правило, відливки мають структуру половинчастого чавуну, у якого на поверхні утворюється структура білого чавуну, а серцевина представляє собою сірий чавун. Білий чавун – це переробний чавун, який іде на виплавку сталей.

Сірі чавуни

Сплав заліза та вуглецю, у якого вуглецю більше 2,14% С називається чавуном. Присутність евтектики чавуну обумовлює його використання в якості ливарного сплаву. Сірим називається такий чавун, у якому весь вуглець перебуває у вільному стані у вигляді графіту.

Утворення графіту у чавуні може відбуватися безпосереднім виділенням його із рідкого розплаву, або внаслідок розпаду попередньо утвореного цементиту. Утворення вуглецю у формі графіту називається графітизацією. Кристалізація графіту із рідкого розплаву проходить при більш високій температурі ніж кристалізація цементиту.

В стабільній системі Fe – C при температурі, яка відповідає лінії С´D´ кристалізується не цементит, а графіт.

Вірогідність утворення у рідкій фазі ( або аустеніті ) метастабільного цементиту, який містить 6,67 %С,значно вища ніж графіту , який складається тільки з атомів вуглецю. Графіт утворюється тільки при дуже малій швидкості охолодження, коли ступінь переохолодження рідкої фази невелика. При переохолодженні рідини нижче 1147 °С утворюється цементит.

У рідкому чавуні присутні різні включення, які полегшують утворення та ріст графітних зародків. При наявності готових зародків процес утворення графіту може відбуватися і при температурах нижче 1147 °С. До цього призводить і легування чавуну кремнієм, який сприяє процесу графітизації.

Графіт, який утворюється із рідкої фази, росте із одного центру і, розгалужуючись у різні сторони, набуває форму сильно викривлених пелюсток. В площині шліфа графіт має вигляд або завихрених пластинок, які представляють собою різні розрізи графітних пелюсток.

Основний вплив на властивості чавунів надає вуглець у формі графіту. Графіт може бути: пластинчатий, пластівцевий, кулястий та вермикулярний.

У звичайному сірому ливарному чавуні графіт має пластинчасту форму, чавун з пластівцевою формою – ковкий, а з кулястою – високоміцний. Властивості чавунів в значній мірі залежать від форми, кількості та характеру розподілу графіту.

Графіт в порівнянні зі сталлю має низькі механічні властивості, а тому графітні включення можна вважати пустотами, мікротріщинами. Чим більший об'єм займають пустоти, тим нижче властивості чавунів. Чим більше у чавуні графіту, тим нижчі його механічні властивості. Чим грубіші включення, тим більше вони роз'єднують металеву основу, тим гірші властивості чавуну. Графітні пластинки, які відіграють роль тріщин, гострих надривів у металі, сильно знижують опір розвитку тріщин, межу міцності при розтягуванні. Опір розриву, вигину, скручуванню визначаються в основному кількістю, формою і розмірам графітних включень. Ці властивості чавунів значно нижчі ніж у сталях. Негативний вплив графітних включень на властивості чавунів зменшується по мірі заокруглення графіту і змінюється від пластівцевої до кулястої, оскільки куляста форма не створює різких концентрацій напружень і такі включення не являються тріщинами у чавуні.

Металева основа чавуну може складатися із перліту (кількість зв'язаного вуглецю 0,8%), або із фериту і перліту (кількість зв'язаного вуглецю менше 0,8%) або тільки фериту (С≤ 0,025%). Тому , в залежності від структури металевої основи розрізняють: перлітний чавун - П+Г, ферито-перлітний – П+Ф+Г, та феритний – Ф+Г.

На характеристики міцності суттєво впливає структура металевої основи. Чавун з перлітною структурою має найбільшу твердість, міцність та зносостійкість. Присутність фериту у структурі металевої основи призводить до зниження характеристик міцності і зносостійкості. Пластичність чавунів мало залежить від структури металевої основи.

Форма графітних включень мало впливає на твердість чавуну, але на міцність і пластичність впливає в значній мірі. Найбільш благодатною формою є куляста, а пластинчатий графіт знижує міцність і пластичність чавуну.