7.2.2 Превращения в сплавах системы железо-графит

Железоуглеродистые сплавы (серый, ковкий, половинчатый чугуны) могут кристаллизоваться в соответствии со стабильной диаграммой железо-графит при весьма медленном охлаждении и наличии графитизирующих добавок (Si, Ni, Аl и др.). Стабильная диаграмма железо-графит приведена на рис. 7.2. При температуре 1153 С протекает эвтектическая кристаллизация с образованием графитной эвтектики (4,26 % С), состоящей из аустенита и графита:

1153 С

Ж_4,26  А_2,11 + Г

В интервале температур 1153 - 738 С из аустенита выделяется избыточный углерод в виде вторичного графита. Эвтектоидное превращение протекает при температуре 738 С:

738 С

А_0,7  Ф_0,02 + Г

Структура эвтектоида, называемого графитным, содержащего 0,7 % С, состоит из феррита и графита.

Вторичный графит и графит эвтектоида, выделяются на образовавшихся ранее лепестках первичного графита и графита эвтектоида. Однако перлитное превращение может частично протекать и по метастабильной диаграмме с образованием перлита (смеси феррита и цементита).

Все чугуны со свободным графитом различаются структурой металлической основы и формой графитовых включений. Различают чугуны с ферритной, феррито-перлитной и перлитной металлическими основами (табл. 7.1). Чем больше содержится перлита в металлической основе тем (при одинаковой форме графита) выше прочность чугуна.

Рисунок 7.2 - Полная диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

По форме графитовых включений серые чугуны делятся на серые обычные (пластинчатая), ковкие (хлопьевидная) и высокопрочные (шаровидная) (табл. 7.1).

7.2.3 Серые чугуны

Графитовые включения в серых чугунах имеют форму искривленных пластин. Чем меньше графитовых включений и чем они мельче и больше степень изолированности их друг от друга, тем выше прочность чугуна. Строение графитовых включений лучше рассматривать на нетравленных шлифах. В процессе приготовления микрошлифа они выкрашиваются, поэтому участки их расположения кажутся темными. Для выявления металлической основы шлифы подвергают травлению. Серые чугуны применяют для отливки фундаментных плит, станин металлорежущих станков и др. деталей и оборудования.

Таблица 7.1 – Морфология графита и структура металлической основы чугунов

Форма графитовых включений может быть вермикулярной в виде червеобразных прожилок значительно меньших, чем пластины размеров. Такой чугун обладает несколько большей пластичностью, чем обычный серый чугун с пластинчатым графитом.

7.2.4 Высокопрочный чугун

Его получают модифицированием расплава магнием или другими щелочными и щелочноземельными металлами при выплавке, в результате чего включения графита приобретают шаровидную форму (табл. 7.1). Механические свойства такого чугуна (особенно пластичность и твердость) получаются значительно более высокими, чем у серого чугуна с пластинчатым графитом. Это позволяет изготавливать из высокопрочного чугуна ответственные детали, такие как коленчатые валы, крышки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, детали прокатных станов, кузнечного и др. оборудования.