Микроструктура серого чугуна

Микроструктура серых чугунов

Такое название серый чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна имеется графит. На процессы графитизации чугунов большое влияние оказывает химический состав чугуна и в первую очередь суммарное содержание углерода и кремния. С увеличением последних сложность к графитизации увеличивается. Алюминий, кальций также являются графитизаторами. Скорость охлаждения также существенно влияет на степень графитизации, увеличение скорости охлаждения тормозит графитизацию, т.е. приводит к отбелу чугуна.

В микроструктуре серого чугуна следует различать металлическую основу и графитовые включения.

Металлическая основа в сером чугуне очень сходна с микроструктурой стали, поэтому по строению металлической основы серый чугун подразделяют следующим образом:

Серый перлитный чугун (рисунок 5), структура которого состоит из перлита и включения пластинчатого графита. Как известно, перлит содержит 0,8 % С, следовательно, это количество углерода в сером перлитном чугуне находится в связанном состоянии (в виде Fe3C), остальное количество углерода находится в свободном состоянии в виде прожилок графита.

Серый ферритно-перлитный чугун (рисунок 5), структура которого состоит из феррита + перлита и включения графита. В этом чугуне количество связанного углерода меньше 0,8 %.

Серый ферритный чугун (рисунок 5), в котором металлической основой является феррит, и весь углерод, имеющийся в сплаве, присутствует в виде графита.

Из рассмотрения структур указанных трех видов чугуна можно заключить, что их металлическая основа похожа на структуру эвтектоидной стали, доэвтектоитдной стали и железа. Следовательно, по структуре чугуны отличаются от стали только тем, что в чугунах имеются графитовые включения, предопределяющие специфические свойства чугунов.

Рисунок 5 – Микроструктура серого чугуна на ферритной (а), перлитно-ферритной (б) и перлитной (в) основе

1.4.3 Микроструктура ковкого чугуна

Ковкий чугун получают из белого чугуна. Сущность технологического процесса заключается в том, что отливки со структурой белого чугуна подвергаются длительному (30-40 часов) отжигу — томлению при температуре 950 – 1050 °С. При этой температуре имеющийся в структуре цементит разлагается по реакции Fe3C = Fe + C (графит). В силу особенностей процесса образования графита из твердой фазы он приобретает хлопьевидную форму, что является характерным признаком ковкого чугуна. При рассмотрении в микроскоп (рисунок 6) микрошлифа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевидного графита (углерода отжига).

Металлическая основа ковкого чугуна также сходна с микроструктурой стали. По строению металлической основы ковкие чугуны подразделяют на ковкий перлитный, ковкий перлитно-ферритный и ковкий ферритный чугун.

Рисунок 6 – Микроструктура ковкого чугуна на ферритной (а), перлито-ферритной (б) и перлитной (в) основе

1.4.4 Микроструктура высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун получают при выплавке путем модификации сплава магнием или церием в количестве 0,1-0,2 % от веса жидкого чугуна. Магний или церий оказывает влияние на процесс графитизации, на кристаллизацию графита. Адсорбируясь на поверхности включений графита, эти элементы содействуют образованию включений графита по форме, близкой к форме шара (рисунок 7).

Округлые включения шаровидного графита не создают резкой концентрации напряжений, такие включения не являются “трещинами” (как пластинчатый графит в сером чугуне). Чугун с шаровидным графитом имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем серый чугун (отсюда и название чугуна с шаровидным графитом — высокопрочный чугун).

Ковкий чугун с хлопьевидным графитом занимает промежуточное положение по прочности между обычным серым и высокопрочным чугуном. По металлической основе высокопрочные чугуны могут быть ферритными, ферритно-перлитными, перлитными, т.е. в этом отношении разницы в структуре серого, ковкого и высокопрочного чугунов нет.

Рисунок 7 – Микроструктура высокопрочного чугуна на ферритной (а), перлито-ферритной (б) и перлитной (в) основе

1.4.5 Классификация чугуна по структуре металлической основы и форме графитовых включений

Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть как от свойств металлической основы, так и от количества и характера графитовых включений.

Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами, и поэтому графитовые включения можно считать в первом приближении просто пустотами, трещинами. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь с большим количеством пустот и трещин. Естественно, чем больший объем занимают пустоты, тем ниже свойства чугуна. При одинаковом объеме пустот (т.е. при одинаковом количестве графита) свойства чугуна будут зависеть от формы и расположения графита. Следовательно, чем больше в чугуне графита, тем ниже его механические свойства, чем грубее включения графита, тем больше они разобщают металлическую основу, тем хуже свойства чугуна.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *