Високоміцні чавуни (з кулястим графітом)

Чавун з кулястим графітом має в металевій основі графіт кулястої форми. Структура металевої основи — ферит, ферито-перліт або перліт. Чавун з феритною основою найменш міцний, але високопластичний, а чавун з перлітною основою — міцний, але малопластичний.

Щоб отримати високоміцний чавун, перегрівають рідкий ме­тал та додають до нього модифікатори (магній, цезій, кальцій), які сприяють сфероїзації графіту під час кристалізації. Куляс­тий графіт порівняно з пластинчастим є слабшим концентратором напружень. Високоміцні чавуни мають добрі ливар­ні показники, вони перевершують чавуни з пластинчастим гра­фітом за механічними властивостями (σ_в = 350...1000 МПа, δ = 2...22 %) і успішно конкурують з ковкими чавунами та сталями. У промислово розвинутих країнах частка чавунів з кулястим графітом серед ливарних сплавів становить 20...30 %. Завдяки високій міцності й пластичності високоміцних чавунів з них виго­товляють відповідальні деталі: колінчасті та розподільчі вали, поршні та поршневі кільця, шестерні та зірчатки, валки прокатуваль­них станів, шаботи ковальських молотів, корпуси парових турбін, супорти, різцетримачі і планшайби металорізальних верстатів. Марки чавунів з кулястим графітом позначають літерами ВЧ і числами, перше з яких відповідає межі міц­ності на розрив σ_в в 10^-1 МПа, а друге — відносному видовжен­ню — δ у %. (ВЧ 35-22, ВЧ 60-3, ВЧ 100-2).

Тема 2.5 Основи термічної і хіміко-термічної обробки металів. Теорія термічної обробки сталі

Термічною обробкою сталі називають процес її нагріван­ня до визначеної температури, витримування при цій темпера­турі і подальше охолодження із заданою швидкістю з метою зміни структури та властивостей у бажаному напрямі.

Термічно обробляють заготовки, отримані відливанням, куванням, прокатуванням, волочінням або пресуванням, зварні вироби, деталі машин та інструменти різного призначення. Тер­мічну обробку застосовують або як проміжну операцію для по­ліпшення технологічних властивостей (оброблюваності тиском чи різанням), або як прикінцеву технологічну операцію для досягнення певних експлуатаційних властивостей матеріалу.

На результат термообробки впливають швидкість (час) нагрівання, температура нагрівання, тривалість (час) витримування при цій температурі та швидкість (час) охолодження, тобто основними факторами є час і температура.

Перетворення, що відбуваються у сталях під час нагрівання

Якщо нагрівати дуже повільно, то всі фазові перетворення у вуглецевих сталях описує ліва частина діаграми залізо-вуглець. Критичні темпера­тури цих перетворень позначають буквою А з певними індексами. Зокрема, температуру лінії РSК позначають через А₁, тем­ператури лінії GS — через А₃, а температури лінії SЕ — через А_ст. До цих позначень додають індекс с в разі охолоджен­ня або індекс r — при нагріванні, наприклад: Аc₁, Ас_ст , Аr₃ . Відхилення від рівноважних умов спричинює тепловий гістерезис, тобто розбіжність критичних температур нагрівання та охолодження.

Структура доевтектоїдної сталі при невисокій температурі — ферит і перліт. При температурі А_С1 (лінія РSК) перліт перетворюється в аустеніт. Вище від цієї лінії буде двофазова структура: ферит + аустеніт. В інтервалі температур Ас₁…Ас₃ ферит поступово розчиняється у аустеніті і при Ас₃ зовсім зникає.

В евтектоїдній сталі структура перліту зберігається до температури Ас₁, при якій перліт повністю перетворюється в аустеніт.

У заевтектоїдній сталі з перлітно-цементитною структурою при температурі Ас₁ перліт перетворюється в аустеніт, а в про­міжку температур Ас₁…Ас_ст вторинний цементит поступово роз­чиняється в аустеніті.

Отже, в результаті описаних перетворень у сталях форму­ється однофазова аустенітна структура, яка займає частину діа­грами вище лінії GSЕ аж до лінії солідус.

У виробничих нерівноважних умовах нагріван­ня температура пере­творення перліту в аустеніт дещо перевищує Ас₁ залежно від швидкості охолодження.