Розділ 7 чавуни

ідомо, чавунами називаються залізовуглецеві стопи, масова частка вуг-„.,„,. знаходиться в межах від 2.14 до 6.67 "Л. Крім заліза та вуглецю в он поомислового виробництва є постійні домішки кремнію, марганцю, ', у j _сірки в кількостях більших, ніж у сталях. Чавуни відзначаються fi йми ливарними властивостями, у зв'язку з чим широко використовуються виготовлення різноманітних відливок. Ливарні властивості чавуну підви­ються зі зменшенням його температурного інтервалу кристалізації. Чавуни ють достатню міцність, а при значній кількості цементиту в структурі — бру зносотривкість. З огляду на невисоку пластичність чавуни не можна обробляти тиском. Чавун, як правило, дешевший від сталі. Механічні влас­тивості чавунів і галузі їх застосування визначаються структурою, на фор­мування якої впливає не лише хімічний склад, але й швидкість охолодження. За структурою чавуни поділяють на білі, сірі, ковкі та високоміцні.

2.7.1. Білі чавуни

Нагадаємо, що білими називаються чавуни, в яких увесь вуглець перебуває у хімічній сполуці Fe,C. їх злами мають білий колір.

Формування структури білих чавунів системи Fe — С описано в п.2.5.3, де показано, що на лінії ліквідує із рідкого розчину виділяються кристали пер­винного аустеніту й первинного цементиту. На ділянці ECF лінії солідус від­бувається евтектична реакція з утворенням ледебуриту. Між лініями ECF і PSK із аустеніту виділяється вторинний цементит, а на лінії PSK аустеніт розпа­дається на дисперсну двофазову структуру — перліт. Отже, у структурі всіх білих чавунів наявна дуже тверда й крихка евтектика — ледебурит. Зважаючи на високу твердість і крихкість, білі чавуни не знайшли застосування для виго­товлення деталей машин.

2.7.2. Процес графітизації чавунів

На відміну від білих, сірі, ковкі й високоміцні чавуни широко викорис­товують у промисловості як конструкційні матеріали. Характерною структур­ною особливістю сірих, ковких й високоміцних чавунів є вкраплення графіту в металевій основі. Порівняно з основою міцність і пластичність графіту дуже малі. Вивчення графітизації має не лише теоретичне, але й важливе прикладне значення.

Графітизацією називається виділення графіту з рідкого й твердого розчинів, а також з цементиту. Графіт є однією з модифікацій вуглецю. У залізовуглецевих стопах графіт, як і цементит, може перебувати в рівновазі з рідким розчином, ^аУстенітом й феритом.

Залежно від термодинамічних і кінетичних умов кристалізації у _чав формується графіт або цементит. Зазначимо, що за концентрацією вуг ^Х аустеніт (до 2,14 % С) і рідкий розчин (2,14...6.67 % С) ближчі до цемент¹"⁰ (6,67 % С), ніж до графіту (100 % С). Зважаючи на важливу роль Дифу₃і«^ИТ> процесів (кінетичних умов) під час формування цементиту й графіту, у_ТВо ^Их ня цементиту вірогідніше, оскільки для його формування потрібні мен"· сумарні переміщення атомів заліза й вуглецю, ніж для утворення графі_Ту ί іншого боку вільна енергія суміші аустеніт + цементит вища, ніж суміші аусте + графіт, тобто утворення графіту знижує вільну енергію системи. Тому г/ час тривалого нагрівання з цементиту виділяється графіт. Отже, порівняно цементитом графіт — стабільніша фаза.

Оскільки для виділення графіту необхідна значна інтенсифікація дифузійни процесів, збільшення швидкості охолодження чавуну буде гальмувати ці процеси створюючи сприятливі умови для утворення метастабільної фази — цементиту '

Знаючи закономірності формування високовуглецевих фаз — графіту й цементиту, можна керувати процесами структуроутворення в чавунах.