12 Белые чугуны. Микроструктуры, свойства, применение

Белые чугуны имеют белый блестящий излом, подобно сталям кристаллизуются по диаграмме метастабильного равновесия системы Fe—Fe3C. В них практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита.

Белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Доэвтектические белые чугуны содержат 2,14...4,3 % углерода. Они состоят из перлита (Ф + Ц) и ледебурита (П + Ц).

Эвтектический белый чугун содержит 4,3 % углерода. Его структура—ледебурит (П + Ц). Заэвтектические белые чугуны, являются сплавами с повышен­ным содержанием углерода (более 4,3 %), имеют струк­туру Л(П + Ц)+Ц1. В матрице ледебурита расположены крупные кри­сталлы цементита первичного.

Массовые доли фаз и структурных составляющих чу­гунов могут быть определены с помощью правила отрез­ков. Применив его, можно убедиться, что относительное содержание твердой и хрупкой фазы — цементита воз­растает с повышением содержания углерода в сплаве. Например, в структуре белого чугуна с 3 % С находится около 45 % цементита и 55 % феррита, в чугуне с 4,3 % С доля цементита возрастает до 66 %. Из-за большого со­держания цементита белые чугуны имеют повышенную хрупкость и низкие показатели механических свойств. Поэтому в качестве конструкционных материалов их при­меняют редко, используя только для изготовления дета­лей, работающих в условиях повышенного абразивного изнашивания (детали гидромашин, пескометов и др.). Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами.

13 Получение графитсодержащих чугунов.

Если отливку из белого доэвтектического чугуна под­вергнуть специальному графитизирующему отжигу, структура чугуна изменится и он приобретет высокую прочность и удовлетворительную пластичность. Такой отожженный чугун называется ковким. Структура серого чугуна фор­мируется непосредственно при кристаллизации его в от­ливке в соответствии с диаграммой стабильного равнове­сия системы Fe—С. Характер структурообразования при эвтектическом превращении определяется, прежде всего, содержанием углерода и кремния в сплаве, а также ско­ростью охлаждения. Высокопрочный чугун получают модифицированием (микролегированием) жидкого чугуна присадками (0,1...0,5 % магния от массы обрабатываемой порции чугуна, 0,2...0,3 % церия, иттрия и некоторых других элементов). При этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы до 0,02...0,03 % (против 0,1...0,15 % в СЧ и КЧ), что су­щественно сдерживает широкое внедрение высокопроч­ного чугуна в производство.

Рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна (2,7...3,7 % С; 0,5...3,8 % Si) выбирается в зависи­мости от толщины стенки отливки (чем тоньше стенка, тем больше углерода и кремния). Часто в структуре от­ливок образуется ледебурит. В этом случае их подвер­гают высокотемпературному графитизирующему отжигу, подобно белому чугуну, для разложения цементита. Про­должительность отжига чугуна с графитом шаровидной формы значительно меньше продолжительности отжига белого, так как в ВЧ содержание графитизирующих эле­ментов (углерода, кремния) более высокое.