12. Чугуны. Диаграмма состояния железо – графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
12.1 Классификация чугунов
Чугун отличается от стали:
- по составу – более высокое содержание углерода и примесей;
- по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
- белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;
- серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;
- половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.
12.2 Диаграмма состояния железо – графит. Графитизация
В результате превращения углерод может не только химически взаимодействовать с железом, но и выделяться в элементарном состоянии в форме графита. Жидкая фаза, аустенит и феррит могут находиться в равновесии и с графитом.
Диаграмма состояния «железо – графит» показана штриховыми линиями на рис. 12.1. Линии диаграммы находятся выше линий диаграммы «железо – цементит».
|
Рисунок 12.1 – Диаграмма состояния железо-графит. |
Точки C, E, S – сдвинуты влево, и находятся при концентрации углерода 4,24 %, 2,11 % и 0,7 %, соответственно. При высоких температурах цементит разлагается с выделением графита, поэтому диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной, а диаграмма железо – графит – стабильной. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом называется графитизацией.
Возможны два пути образования графита в чугуне:
- при благоприятных условиях (наличие в жидкой фазе готовых центров кристаллизации графита и очень медленное охлаждение) – непосредственное образование графита из жидкой фазы;
- при разложении ранее образовавшегося цементита.
При малых скоростях охлаждение степень разложения цементита больше.
Графитизацию из жидкой фазы, а также от распада цементита первичного и цементита, входящего в состав эвтектики, называют первичной стадией графитизации.
Выделение вторичного графита из аустенита называют промежуточной стадией графитизации.
Образование эвтектоидного графита, а также графита, образовавшегося в результате цементита, входящего в состав перлита, называют вторичной стадией графитизации.
Структура чугунов зависит от степени графитизации, т.е. от того, сколько углерода находится в связанном состоянии.
Углерод и кремний способствуют графитизации, марганец затрудняет графитизацию и способствует отбеливанию чугуна. Сера способствует отбеливанию чугуна и ухудшает литейные свойства, ее содержание ограничено – (0,08…0,12) %. Фосфор на процесс графитизации не влияет, но улучшает жидкотекучесть, поэтому является в чугунах полезной примесью до – (0,3…0,8) %.