2.7.3. Діаграма стану залізо - графіт

Перетворення, що відбуваються під час графітизації чавуну, можна прос­тежити за діаграмою стабільної рівноваги залізо — графіт (рис.2.7.1, штрихові лінії). Для порівняння суцільними лініями показана діаграма метастабільної рівноваги залізо — вуглець. У стабільній системі на лінії ліквідує CD' із рід­кого розчину виділяється первинний графіт. При температурі 1153 °С (лінія E'C'F') із рідкого розчину, що має концентрацію вуглецю 4,26 %, утворюється графітова евтектика (А_£,+Г):

(2.7Л)

В інтервалі температур між лініями E'C'F' і P'S'K' із аустеніту виділяється вторинний графіт на лінії E'S'. При температурі 738 °С (лінія P'S'K') аустеніт з концентрацією вуглецю 0,7 % розпадається з утворенням евтектоїду, що складається із фериту й графіту:

(2.7.2)

Кристали графіту мають вигляд пелюсток, що виходять з одного центру· Вторинний графіт й графіт евтектоїду, як правило, виділяється на утвореннях первинного й евтектичного графіту.

2.7.4. Вплив домішок і швидкості охолодження на структуру та властивості чавунів

Постійні домішки (кремній, марганець, сірка та фосфор), а також швидкість охолодження істотно впливають на процес графітизації.

Кремній найбільше посилює графітизацію чавуну і під час первинної крис­талізації, і під час розкладання цементиту. Підвищуючи вміст кремнію, можна збільшувати кількість графіту й зменшувати кількість цементиту, наближаю­чись до створення чавуну з феритною металевою основою. Зменшуючи частку кремнію, можна сформувати структуру чавуну з перлітною основою.

Марганець протидіє графітизації, сприяючи утворенню цементиту. Водночас він дещо поліпшує механічні властивості відливок.

Сірка — шкідлива домішка, що погіршує механічні й ливарні властивості чавуну. Вона сильніше від марганцю протидіє графітизації й сприяє виділенню цементиту. Крім цього, сірка знижує рідкоплинність чавуну, збільшує усадку, підвищує схильність до утворення газових бульбашок і тріщин. З цієї причини вміст сірки в чавунах дуже обмежують.

Фосфор практично не впливає на графітизацію. Його використовують у чавунах для підвищення рідкоплинності, твердості та зносотривкості. Фосфор розчиняється у фериті до граничної концентрації 0,3 %. Коли концентрація оільша, фосфор крім твердого розчину утворює з вуглецем і залізом потрійну легкотопку евтектику. Залежно від кількісного співвідношення компонентів температура топлення евтектики коливається від 950 до 980 °С. Структура фос-фідної евтектики відзначається підвищеною твердістю. Чавуни з високою кон-^центрацією фосфору широко використовують для художнього лиття.

З-поміж легувальних (тобто спеціально введених) елементів найпомітніший ^вплив на графітизацію мають мідь, нікель і хром. Із них мідь і нікель інтен-^сифікують графітизацію, а хром її послаблює.

Дрібні тверді частинки, зрівноважені в рідкому розчині, сприяють виділен-^Ні° графіту, будучи центрами графітизації.

Збічьшення швидкості охолодження, як уже згадувалось, спричиняє все бі відхилення від рівноважних умов кристалізації: гальмує виділення графіту й сп ^ утворенню цементиту. ^Яе

Крім швидкості охолодження сильно впливають на графітизацію чав вуглець і кремній. Зі збільшенням їх сумарної частки графітизація посилює·/^ Щоб спрогнозувати результат формування металевої основи чавуну, корис^ ються структурною діаграмою (рис. 7.2.2), яка показує залежність між сумарн ^' масовою часткою вуглецю й кремнію та швидкістю охолодження (товщ_Ин ^Ю стінки відливки). Масова частка марганцю, фосфору й сірки в досліджувано чавуні залишається незмінною. Поле діаграми розбите на п'ять ділянок. ДіляніГ І відповідає найбільшій швидкості охолодження, при якій створено умови д_л формування білого чавуну зі структурою перліт + вторинний цементит + ледебурит видозмінений. На ділянці V швидкість охолодження найменша що сприяє повній графітизації та утворенню чавуну з феритною металевою основою де практично весь вуглець перебуває у вигляді графіту. Ділянка II зайнята половинчастим чавуном, в перлітній основі якого маємо вторинний цементит і графіт. Кількість зв'язаного вуглецю в половинчастому чавуні перевищує 0,8 % Ділянка III містить чавун з перлітною основою й графітом. У цьому чавуні кількість зв'язаного вуглецю становить ~ 0,8 %. На ділянці IV маємо чавун зі структурою ферит + перліт + графіт. Тут кількість зв'язаного вуглецю менша за 0.8%.

Таким чином, регулюючи сумарну частку вуглецю і кремнію та швидкість охолодження, можна добитись у сірому чавуні бажаної структури металевої основи.