12. Роль графита в чугуне.

Все свойства чугуна в той или иной степени зависят от присутствия в нем графита. Графит в обычных условиях кристаллизуется в гексагональной системе, образуя плотные, зернистые, чешуйчатые листовые или скрытокристаллические пачкающие массы черного цвета.

Первичный графит, выделяющийся при кристаллизации чугуна в виде «спели», имеет форму пластинок. Эти пластинки могут представлять собой образования розеточной почковидной или многогранной формы, листочки которых имеют длину от 0,1 до 5 мм при толщине от 0,01 до 0,5 мм.

Графит обычных доэвтектических чугунов, образующийся в результате эвтектического превращения жидкого расплава в смесь аустенита и графита, может представлять собой мелкие рассеянные, более или менее изолированные в массе металлической матрицы включения. Наряду с этим графитовые включения, кажущиеся при наблюдении с помощью микроскопа и малом увеличении изолированными, в действительности соединены между собой. На рис. 84 показан пространственный вид графитового включения розеточного типа, а на рис. 85 – модель пространственного вида графитового включения из эвтектического зерна тонкого строения.

Рис. 84

Рис. 85

Кроме пластинчатого графита в чугуне и ряде других сплавов образуется графит шаровидной формы. Пространственная форма и строение образований шаровидного графита не могут считаться окончательно выясненными. По одним данным такой графит представляет собой многогранники с 5–8 плоскими гранями, по другим он является шишкообразным выделением со сложной мозаичной поверхностью из полусферических элементов, образующихся в процессе роста, и, наконец, предполагается, что шаровидный графит представляет собой многообразные включения, имеющие различную форму в зависимости от условий роста во время кристаллизации.

Своеобразной (хлопьевидной) является форма графита, образующегося при отжиге белого чугуна. Такой графит принято называть углеродом отжига.

Графит, находящийся в чугуне, нарушает целостность строения металлической матрицы, прочность которой в зависимости от количества и характера включений в ней графита при прочих равных условиях может меняться в больших пределах. В общем случае влияние графита проявляется в следующем:

1) уменьшается модуль упругости;

2) понижаются значения пределов упругости и пропорциональности;

3) резко уменьшается пластичность (относительное удлинение, ударная вязкость и относительное сужение площади поперечного сечения);

4) уменьшается предел прочности при растяжении;

5) повышается циклическая вязкость;

6) понижается чувствительность к надрезам.

Такое действие графита объясняется тем, что наличие его в массе металла уменьшает живое сечение основной матрицы и, кроме того, графит действует в матрице аналогично внутренним надрезам (локальным трещинам).

Пластинчатый графит, особенно крупные выделения его, так же как и графит междендритной формы, оказывает наибольшее отрицательное влияние на механические свойства чугуна.

Наличие графита в чугуне не может рассматриваться только с отрицательных позиций. Во многих случаях отрицательное влияние графита с избытком может скомпенсироваться его положительным действием не только на литейные свойства, но и на такие показатели, как циклическая вязкость, низкая чувствительность к внешним надрезам и высокая конструктивная прочность.

Очень важный показатель, определяющий применимость того или иного сплава в машиностроении, – чувствительность к надрезам – повышается в чугуне благодаря наличию в нем графита.

Наличие в чугуне графита также предопределяет и его высокую циклическую вязкость. Графит в чугуне снижает пики напряжений за счет рассеивания (перевода в тепло) энергии переменных нагрузок в упругом интервале.

Во многих конструкциях чугун, характеризующийся меньшей, чем сталь, прочностью, оказывается более пригодным потому, что благодаря большей циклической вязкости оказывается более устойчивым в условиях определенных нагрузок.