Микроанализ железоуглеродистых сплавов (чугуны)

Эвтектический чугун

«Эвтектика — (от греческого eutektos — легко плавящийся ) жидкая,, который нельзя отменить в равновесии с двумя и более твердыми фазами. Температура кристаллизации эвтектики называется эвтектической точкой. Продукт кристаллизации жидкой эвтектики — твердая эвтектика, высокодисперсная смесь нескольких твердых фаз того же состава, что и у жидкой эвтектики. «- цитата из справочного словаря.
Литье из эвтектического (тугого ) чугуна прочно, однородно, не имеет раковин, устойчиво ко всем видам коррозии, выдерживает невысокую температуру заливаемой воды, обеспечивает простоту очистки и ухода за котлом. Применение чугунных котлов с высокой теплоемкостью позволяет использовать трехходовую конструкцию каналов прохождения нагретых газов с оптимальной конфигурацией ребер теплопередачи, уменьшить температуру нагрева котлового теплообменника, уменьшить конденсацию водяных паров из продуктов сгорания и добиться полного омывания водой поверхности горячей камеры. Все это позволяет много повысить эффективность и надежность водогрейного оборудования.

Компания De Dietrich являет ся одним из больших и старейших европейских производителей отопительной техники. Более 150 лет эксперимента по выплавке чугуна и более 100 — летний эксперимент по выпуску чугунных котлов позволяют более чем 3000 работникам компании, действующим в сфере отопления, продолжать развивать традиции фирмы, неизменно приводящие к успеху. Производство расположено в индустриальных центрах в основном на северо-востоке Франции и в Германии.

осуществляется соединенной лабораторией. Своя индустриальная база и жесткий контроль качества на целых периодах производства удовлетворяет всем требованиям потребителей продукции и ГОСТ. Все изделия проходят строгую термическую обработку. Резка металла Изготовление труб Твёрдость по Моосу Погода и народные приметы Работы детишек наших сотрудников Таблица Менделеева Дмитрия Иваныча Написать нам письмо г. Москва «Монолит» ® ™ тел. факс + ; федеральный моб. тел. + E — mail: [email protected]

Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет надобности в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840 – 950 о С, время нагрева – Несколько мгновений, скорость нагрева около 400 о С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Твёрдость после закалки серого чугуна HRC 50 – 55, высокопрочного HRC 58 – 60. Распределение твёрдости по сечению закалённого слоя (толщиной 1, 5 – 4 мм) дотаточно равномерное. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится короткий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, действующие на износ – направляющие станин станков (производимые из модифицированного серого чугуна ), суставчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна ), гильзы цилиндров (из легированного чугуна ) и прочие детали.

Теорию термической обработки необходимо знать каждому термисту, так как от правильного выбора, разработки наиболее эффективнее технологического процесса термической обработки и его выполнения зависит качество изготовляемых деталей. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может удачно действовать на современных машиностроительных фабриках, удачно вводить в технологию термической обработки последние достижения науки и техники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.

Источник

Белый чугун

Белый чугун — это разновидность чугуна, которая в своём составе содержит углеродные соединения. В этом сплаве они называются цементитами. Своё название подобный металл получил благодаря характерному белому цвету и блеску, который хорошо виден на изломе. Этот блеск проявляется благодаря тому, что в составе подобного чугуна отсутствуют большие включения графита. В процентном отношении, он составляет не более 0,3%. Поэтому обнаружить его можно только спектральным или химическим анализом.

Углерод в химическом составе чугуна

Чугун — это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.

Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.

Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.

По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.

Состав и виды белого чугуна

Белый чугун состоит из так называемой цементитной эвтектики. В связи с этим его делят на три категории:

Кроме приведенной классификации его разделяют на обыкновенный, отбеленный и легированный.

Внутренняя структура белого чугуна представляет собой сплав двух элементов: железа и углерода. Несмотря на высокотемпературное производство в нём сохраняется структура с мелкой зернистостью. Поэтому если надломить деталь из такого металла будет наблюдаться характерный белый цвет. Кроме этого, в структуре доэвтектического сплава, например, твёрдых марок, кроме перлита и вторичного цементита всегда присутствует цементит. Его процентное содержание может приближаться к 100%. Это характерно для эвтектического металла. Для третьего вида структура представляет собой состав из эвтектики (Лп) и первичного цементита.

Одной из разновидностей подобных сплавов является так называемый отбелённый чугун. Его основу, то есть сердцевину, составляет серый или высокопрочный чугун. Поверхностный слой содержит высокий процент таких элементов, как ледебурит и перлит. Эффекта отбеливания глубиной до 30 мм добиваются, используя метод быстрого охлаждения. В результате поверхностный слой получается из белого цвета, а далее отливка состоит из обыкновенного серого сплава.

Структура белого чугуна

В зависимости от процентного содержания легированных добавок, различают следующие виды металла:

В качестве легирующих добавок применяют достаточно распространённые элементы. Полученный таким образом легированный белый чугун приобретает новые, заранее заданные свойства.

Особенности чугуна

Главная особенность чугуна скрыта в процессе его изготовления. Дело в том, что у разных видов этого сплава температура плавления достигает 1200ºС, в то время как у стали она составляет 1500 ºС. На этот фактор влияет слишком высокое содержание углерода. Атомы железа и углерода между собой имеют не очень тесные связи.

Когда происходит выплавка, атомы углерода не могут целиком внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный сплав приобретает хрупкость. В связи с этим его не используют в производстве деталей, которые будут постоянно подвергаться нагрузке.

Этот материал относится к отрасли черной металлургии и по своим характеристикам схож со сталью. Изделия из чугуна и стали нашли широкое применение в повседневной жизни, и оно является целиком оправданным.

Если сравнивать характеристики этих металлов, можно сделать следующие заключения:

1. Стоимость стальных изделий выше стоимости чугунных.
2. Различия в цвете: чугун темный и матовый, а сталь — светлая и блестящая.
3. Сталь хуже поддается литью, но, в отличие от чугуна, легче поддается ковке и сварке.
4. Сталь обладает большей прочностью, нежели чугунный сплав.
5. Сталь тяжелее по весу.
6. В ней содержание углерода ниже, чем в чугуне.

Свойства белого чугуна

Любой чугунный сплав, с одной стороны, очень прочный, но в то же время обладает достаточной хрупкостью. Поэтому в качестве основных положительных свойств белого чугуна можно выделить:

Белые чугуны, с пониженным процентом углерода, обладают большей устойчивостью к высоким температурам. Это свойство используется для снижения количества трещин в отливках.

Внешний вид белого чугуна

К недостаткам следует отнести:

Ещё одним недостатком является плохая свариваемость. Проблемы в сварке деталей из подобного материала вызваны тем, что в момент сварки происходит образование трещин, как при нагреве, так и при охлаждении.

Маркировка белого чугуна

Для маркировки белого чугуна применяют буквы русского алфавита и цифры. Если в нём имеются примеси, то маркировка начинается с буквы «Ч». Состав имеющихся легирующих добавок можно определить по последующим буквам П, ПЛ, ПФ, ПВК. Они свидетельствую о наличии кремния. Если полученный металл обладает повышенной износостойкостью, то его маркировка будет начинаться с буквы «И», например ИЧХ, ИЧ. Например, наличие в маркировке обозначения «Ш», означает, что в структуре сплава имеется графит шаровидной формы.

Цифры указывают на количество дополнительных веществ, присутствующих в белом чугуне.

Марка ЧН20Д2ХШ расшифровывается следующим образом. Это жаропрочный высоколегированный металл. Он содержит следующие элементы: никеля — 20%, меди — 2%, хрома — 1%. Остальные элементы — это железо, углерод, графит шаровидной формы.

Область применения

Этот сплав используют в следующих отраслях: машиностроение, станкостроение, судостроение. Из него производят некоторые элементы бытовых изделий. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых автомобилей, тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. Применение легирующих добавок позволяет получать специально заданные свойства. Например, используют при изготовлении плит с различной формой поверхности.

Отливка из белого чугуна

Отбелённый чугун имеет достаточно ограниченную область применения. Из него производят детали несложной конфигурации. Например: шары для мельниц, колеса различного назначения, детали для прокатных станов.

Широкое применение он получил при производстве деталей таких крупных агрегатов, как гидравлические и формовочные машины, другие промышленные механизмы этого направления. Специфическая особенность их работы заключается в том, что они постоянно подвергаются воздействию абразивного материала.

Источник

Какой чугун называется эвтектическим

Анализ строения железоуглеродистых сплавов проводят, используя диаграмму состояния Fe–Fe3С (рис. l).

Показать рисунок 1

Из-за присутствия большого количества цементита белый чугун обладает высокой твердостью (450–550 HB), хрупок и практически не поддается обработке резанием. Поэтому белый чугун имеет ограниченное применение как конструкционный материал.

Обычной структурной составляющей белых чугунов является ледебурит. Ледебуритом называют смесь аустенита и цементита, образующуюся по эвтектической реакции при переохлаждении жидкости состава точки С (4,3 % углерода) ниже температуры 1147 °C:

Чугун, содержащий 4,3 % углерода (точка С), называется белым эвтектическим чугуном. Левее точки С находятся доэвтектические, а правее – заэвтектические белые чугуны.

В доэвтектических белых чугунах из жидкой фазы кристаллизуется аустенит, затем эвтектика – ледебурит.

При охлаждении чугуна в интервале температур от 1147 °С до 727 °С аустенит обедняется углеродом, его состав изменяется по линии ЕS, при этом выделяется вторичный цементит ЦII. При небольшом переохлаждении ниже 727 °C ауcтенит состава точки S по эвтектоидной реакции распадается на перлит П(Ф + Ц).

Вторичный цементит, выделяющийся по границам зерен аустенита, сливается с цементитом ледебурита, поэтому под микроскопом трудно различить включения вторичного цементита.

Таким образом, при комнатной температуре в доэвтектических белых чугунах находятся три структурные составляющие – перлит, вторичный цементит и ледебурит превращенный (рис. 2).

Рис. 2. Микроструктура белых чугунов (слева схематическое изображение): а) доэвтектический; б) эвтектический; в) заэвтектический

Ледебурит превращенный, в свою очередь, состоит из перлита и цементита.

Эвтектический белый чугун при комнатной температуре состоит из одной структурной составляющей – ледебурита превращенного.

В заэвтектических белых чугунах из жидкости кристаллизуется первичный цементит ЦI в виде плоских игл, затем образуется ледебурит.

При комнатной температуре заэвтектический белый чугун содержит две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит превращенный.

Фазовый состав белых чугунов при комнатной температуре такой же, как в углеродистых сталях в равновесном состоянии, все они состоят из феррита и цементита.

Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского. Кафедра технологии материалов

Источник

Классификация чугунов

Чугуны можно классифицировать по различным признакам:

— по содержанию углерода;

— по состоянию углерода;

— по наличию легирующих элементов и другим.

По содержанию углерода чугуны делят на доэвтектические содержащие от 2,14 до 4,3 % С, эвтектический, в котором углерода содержится 4,3 % и заэвтектические, содержащие углерода более 4,3 %.

Углерод в чугунах может находиться как в свободном состоянии – в виде графита, так и в связанном – в виде цементита. Выделение углерода в виде графита называют графитизацией. По состоянию углерода чугуны делят на белые и графитизированные.

В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии – в виде цементита Fe3C. Наличие большого количества цементита и отсутствие выделений графита делают излом таких чугунов светлым как у стали, поэтому они и получили название белые. Структура эвтектического белого чугуна состоит из эвтектики, называемой в честь немецкого ученого Ледебура ледебуритом. Ледебурит в момент образования представляет гетерогенную смесь аустенита и цементита, в которой цементит является матричной фазой. При охлаждении ниже температуры эвтектоидного превращения аустенит преобразуется в перлит. Таким образом, при комнатной температуре ледебурит представляет смесь колоний перлита и цементита. Под микроскопом он выглядит в виде множества темных пятен перлита на светлом фоне цементита.

В структуре доэвтектического белого чугуна кроме ледебурита присутствуют весьма крупные колонии перлита, образовавшиеся на месте кристаллов аустенита, выделение которых предшествовало эвтектической реакции. В расположении этих крупных перлитных колоний можно заметить некоторую закономерность, свидетельствующую о дендритном строении первичных кристаллов аустенита.

В отличие от доэвтектического в заэвтектическом белом чугуне на фоне ледебурита наблюдаются крупные светлые кристаллиты цементита первичного, имеющие обычно игольчатую форму.

Темные участки – это перлит. Светлый фон – цементит. Крупные колонии перлита окружены цементитом вторичным, который выделился из зерен аустенита в процессе охлаждения в интервале от 1147 °С до 727 °С. Закономерное расположение этих перлитных колоний указывает на дендритное строение кристаллитов аустенита, выделившихся из жидкой фазы при первичной кристаллизации чугуна.

Белые чугуны из-за большого количества твердой и хрупкой фазы – цементита тверды и хрупки, очень трудно обрабатываются резанием. Поэтому они для изготовления деталей машин почти не применяются.

Обычно детали машин делают из графитизированных чугунов, в которых углерода в связанном состоянии (в виде цементита) не более 0,8 %.

Остальное количество углерода в графитизированных чугунах присутствует в свободном виде – в виде кристаллитов графита. При разрушении чугуна свободный углерод обнажается в изломах и придает им серую матовую окраску, устраняет металлический блеск. Поэтому графитизированные чугуны получили название – серые.

Кристаллиты графита в графитизированных чугунах могут иметь различную геометрическую форму: пластинчатую, хлопьевидную, вермикулярную и шаровидную. Металлическая основа чугунов тоже бывает различной: перлитной, перлитно-ферритной и ферритной.

Структура металлической основы, форма выделений графита, его количество размеры и расположение оказывают большое влияние на свойства чугуна. С увеличением доли перлита в металлической основе возрастают твердость, износостойкость, прочность, снижается пластичность.

Формой графита в большей степени определяются показатели пластичности. Схемы различных структур графитизированных чугунов представлены на рисунке 3. Для деталей машин используют обычно доэвтектические графитизированные чугуны, в которых количество углерода в виде карбида Fe3C (цементита) находится не более 0,8 %. Остальное количество углерода в них находится в виде свободного графита. Свободный углерод обнажается в изломах и придает им серую матовую окраску, поэтому такие чугуны называют серыми.

Формирование структуры чугуна существенно зависит от химического состава и скорости охлаждения.

Рис. 3. Схемы структур графитизированных чугунов

Для образования зародышей цементита требуется меньше энергии, чем для образования зародышей графита. Поэтому в обычных условиях, несмотря на то, что графит является более устойчивой фазой, чем цементит, при первичной кристаллизации из жидкого чугуна выделяется эвтектика ледебуритная (смесь аустенита с цементитом), а не графитная (аустенит +графит).

Технические чугуны в своем составе кроме железа и углерода содержит 1-2 % кремния, а так же марганец, серу и фосфор. Наличие кремния и снижение скорости охлаждения облегчают процесс графитизации.

Металлическая основа графитизированных чугунов после эвтектоидного превращения состоит из феррита и перлита в разных пропорциях и может быть перлитной, ферритно-перлитной или только ферритной (рис. 3).

Графит хрупок и непрочен и, присутствуя в чугуне, ослабляет его металлическую основу. Его включения можно рассматривать как пустоты, вблизи которых в металлической основе под нагрузкой происходит концентрация напряжений. Эта концентрация определяется геометрической формой дефектов – графитовых включений и может быть количественно оценена коэффициентом концентрации напряжений:

,

где l

– длина дефекта (наибольший размер);

r

– радиус закругления в вершине дефекта.

Кристаллы графита в чугунах могут иметь, в зависимости от условий образования, пластинчатую, хлопьевидную, вермикулярную и шаровидную форму. Форма выделений графита, его количество, размеры и расположение, а также строение металлической основы оказывают большое влияние на свойства чугунов. Показатели прочности, твердость, износостойкость возрастают с увеличением доли перлита в металлической основе, а показатели пластичности определяются главным образом формой графитовых включений.

По форме графитовых кристаллитов чугуны разделяются на серые, ковкие, высокопрочные и чугуны с вермикулярным графитом. В обычных серых чугунах графит выделяется при первичной кристаллизации отливок при их медленном охлаждении. Выделения графита вырастают в окружении жидкой фазы и приобретают форму искривленных пластинок. На фотографии структур они выглядят в виде длинных криволинейных темных полос.

Пластинчатые выделения ослабляют чугун в наибольшей степени. Чугун с такими выделениями даже при пластичной ферритной основе разрушается хрупко. Относительное удлинение после разрушения около 0,5 %. Особенно ослабленным оказывается чугун, в котором выделения графита образуют замкнутый скелет. Серые чугуны технологичнее и дешевле сталей, поэтому широко используются для изготовления многих деталей, особенно для испытывающих при эксплуатации сжимающих нагрузок.

Ковкий чугун получают путем длительного отжига отливок со структурой белого чугуна. При отжиге цементит Fe3C разлагается на Fe и C и выделяющийся графит приобретает компактную хлопьевидную форму. Чугун с таким графитом проявляет пластичность (относительное удлинение от 2 до 12 %) и применяется для тонкостенных деталей, подвергаемых даже динамическим нагрузкам.

Еще компактней выделения графита в высокопрочных чугунах, в которых, используя модифицирование церием или магнием, удается получить непосредственно при первичной кристаллизации шарообразные кристаллиты графита. Высокопрочный чугун широко используется взамен литых стальных заготовок, особенно для деталей сложной конфигурации.

Половинчатые чугуны. Половинчатыми называют графитизированные чугуны, в которых наряду с графитом присутствуют признаки ледебурита или цементита вторичного (рис. 4). В этом случае количество углерода в связанном состоянии превышает 0,8 %.

Рис. 4. Чугун половинчатый:

(На светло-сером фоне металлической основы черные выделения глобулярного графита и светлые продолговатые кристаллиты цементита. Шлиф не травлен)

Половинчатые чугуны более твердые и износостойкие, но и более хрупкие, чем перлитные серые. Они трудно обрабатываются лезвийным инструментом и применяются лишь в особых случаях. Чаще половинчатость расценивается как литейный брак.

В технических чугунах с повышенным содержанием фосфора может наблюдаться фосфидная эвтектика Fe3P-Fe, располагающаяся обычно в виде небольших островков между колониями перлита. Фосфидная эвтектика улучшает жидкотекучесть чугуна и повышает его износостойкость.

Чугун с вермикулярным графитом получают благодаря регламентированному модифицированию силикокалицием, церием, магнием или магнийцериевой и другими лигатурами. В результате выделения графита приобретают червеобразную (вермикулярную) форму. Вермикулярный графит отличается от пластинчатого меньшей степенью неравномерности, меньшими размерами и округлой формой кромок. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным.

Специальные чугуны. Для придания чугунным деталям более высоких механических свойств используют чугуны, легированные хромом, никелем, ванадием и другими элементами. Легирование в сочетании с термической обработкой расширяет рамки изменения структуры и свойств чугунов и области применения этих технологичных сплавов.

Чугуны можно классифицировать по различным признакам:

— по содержанию углерода;

— по состоянию углерода;

— по наличию легирующих элементов и другим.

По содержанию углерода чугуны делят на доэвтектические содержащие от 2,14 до 4,3 % С, эвтектический, в котором углерода содержится 4,3 % и заэвтектические, содержащие углерода более 4,3 %.

Углерод в чугунах может находиться как в свободном состоянии – в виде графита, так и в связанном – в виде цементита. Выделение углерода в виде графита называют графитизацией. По состоянию углерода чугуны делят на белые и графитизированные.

В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии – в виде цементита Fe3C. Наличие большого количества цементита и отсутствие выделений графита делают излом таких чугунов светлым как у стали, поэтому они и получили название белые. Структура эвтектического белого чугуна состоит из эвтектики, называемой в честь немецкого ученого Ледебура ледебуритом. Ледебурит в момент образования представляет гетерогенную смесь аустенита и цементита, в которой цементит является матричной фазой. При охлаждении ниже температуры эвтектоидного превращения аустенит преобразуется в перлит. Таким образом, при комнатной температуре ледебурит представляет смесь колоний перлита и цементита. Под микроскопом он выглядит в виде множества темных пятен перлита на светлом фоне цементита.

В структуре доэвтектического белого чугуна кроме ледебурита присутствуют весьма крупные колонии перлита, образовавшиеся на месте кристаллов аустенита, выделение которых предшествовало эвтектической реакции. В расположении этих крупных перлитных колоний можно заметить некоторую закономерность, свидетельствующую о дендритном строении первичных кристаллов аустенита.

В отличие от доэвтектического в заэвтектическом белом чугуне на фоне ледебурита наблюдаются крупные светлые кристаллиты цементита первичного, имеющие обычно игольчатую форму.

Темные участки – это перлит. Светлый фон – цементит. Крупные колонии перлита окружены цементитом вторичным, который выделился из зерен аустенита в процессе охлаждения в интервале от 1147 °С до 727 °С. Закономерное расположение этих перлитных колоний указывает на дендритное строение кристаллитов аустенита, выделившихся из жидкой фазы при первичной кристаллизации чугуна.

Белые чугуны из-за большого количества твердой и хрупкой фазы – цементита тверды и хрупки, очень трудно обрабатываются резанием. Поэтому они для изготовления деталей машин почти не применяются.

Обычно детали машин делают из графитизированных чугунов, в которых углерода в связанном состоянии (в виде цементита) не более 0,8 %.

Остальное количество углерода в графитизированных чугунах присутствует в свободном виде – в виде кристаллитов графита. При разрушении чугуна свободный углерод обнажается в изломах и придает им серую матовую окраску, устраняет металлический блеск. Поэтому графитизированные чугуны получили название – серые.

Кристаллиты графита в графитизированных чугунах могут иметь различную геометрическую форму: пластинчатую, хлопьевидную, вермикулярную и шаровидную. Металлическая основа чугунов тоже бывает различной: перлитной, перлитно-ферритной и ферритной.

Структура металлической основы, форма выделений графита, его количество размеры и расположение оказывают большое влияние на свойства чугуна. С увеличением доли перлита в металлической основе возрастают твердость, износостойкость, прочность, снижается пластичность.

Формой графита в большей степени определяются показатели пластичности. Схемы различных структур графитизированных чугунов представлены на рисунке 3. Для деталей машин используют обычно доэвтектические графитизированные чугуны, в которых количество углерода в виде карбида Fe3C (цементита) находится не более 0,8 %. Остальное количество углерода в них находится в виде свободного графита. Свободный углерод обнажается в изломах и придает им серую матовую окраску, поэтому такие чугуны называют серыми.

Формирование структуры чугуна существенно зависит от химического состава и скорости охлаждения.

Рис. 3. Схемы структур графитизированных чугунов

Для образования зародышей цементита требуется меньше энергии, чем для образования зародышей графита. Поэтому в обычных условиях, несмотря на то, что графит является более устойчивой фазой, чем цементит, при первичной кристаллизации из жидкого чугуна выделяется эвтектика ледебуритная (смесь аустенита с цементитом), а не графитная (аустенит +графит).

Технические чугуны в своем составе кроме железа и углерода содержит 1-2 % кремния, а так же марганец, серу и фосфор. Наличие кремния и снижение скорости охлаждения облегчают процесс графитизации.

Металлическая основа графитизированных чугунов после эвтектоидного превращения состоит из феррита и перлита в разных пропорциях и может быть перлитной, ферритно-перлитной или только ферритной (рис. 3).

Графит хрупок и непрочен и, присутствуя в чугуне, ослабляет его металлическую основу. Его включения можно рассматривать как пустоты, вблизи которых в металлической основе под нагрузкой происходит концентрация напряжений. Эта концентрация определяется геометрической формой дефектов – графитовых включений и может быть количественно оценена коэффициентом концентрации напряжений:

,

где l

– длина дефекта (наибольший размер);

r

– радиус закругления в вершине дефекта.

Кристаллы графита в чугунах могут иметь, в зависимости от условий образования, пластинчатую, хлопьевидную, вермикулярную и шаровидную форму. Форма выделений графита, его количество, размеры и расположение, а также строение металлической основы оказывают большое влияние на свойства чугунов. Показатели прочности, твердость, износостойкость возрастают с увеличением доли перлита в металлической основе, а показатели пластичности определяются главным образом формой графитовых включений.

По форме графитовых кристаллитов чугуны разделяются на серые, ковкие, высокопрочные и чугуны с вермикулярным графитом. В обычных серых чугунах графит выделяется при первичной кристаллизации отливок при их медленном охлаждении. Выделения графита вырастают в окружении жидкой фазы и приобретают форму искривленных пластинок. На фотографии структур они выглядят в виде длинных криволинейных темных полос.

Пластинчатые выделения ослабляют чугун в наибольшей степени. Чугун с такими выделениями даже при пластичной ферритной основе разрушается хрупко. Относительное удлинение после разрушения около 0,5 %. Особенно ослабленным оказывается чугун, в котором выделения графита образуют замкнутый скелет. Серые чугуны технологичнее и дешевле сталей, поэтому широко используются для изготовления многих деталей, особенно для испытывающих при эксплуатации сжимающих нагрузок.

Ковкий чугун получают путем длительного отжига отливок со структурой белого чугуна. При отжиге цементит Fe3C разлагается на Fe и C и выделяющийся графит приобретает компактную хлопьевидную форму. Чугун с таким графитом проявляет пластичность (относительное удлинение от 2 до 12 %) и применяется для тонкостенных деталей, подвергаемых даже динамическим нагрузкам.

Еще компактней выделения графита в высокопрочных чугунах, в которых, используя модифицирование церием или магнием, удается получить непосредственно при первичной кристаллизации шарообразные кристаллиты графита. Высокопрочный чугун широко используется взамен литых стальных заготовок, особенно для деталей сложной конфигурации.

Половинчатые чугуны. Половинчатыми называют графитизированные чугуны, в которых наряду с графитом присутствуют признаки ледебурита или цементита вторичного (рис. 4). В этом случае количество углерода в связанном состоянии превышает 0,8 %.

Рис. 4. Чугун половинчатый:

(На светло-сером фоне металлической основы черные выделения глобулярного графита и светлые продолговатые кристаллиты цементита. Шлиф не травлен)

Половинчатые чугуны более твердые и износостойкие, но и более хрупкие, чем перлитные серые. Они трудно обрабатываются лезвийным инструментом и применяются лишь в особых случаях. Чаще половинчатость расценивается как литейный брак.

В технических чугунах с повышенным содержанием фосфора может наблюдаться фосфидная эвтектика Fe3P-Fe, располагающаяся обычно в виде небольших островков между колониями перлита. Фосфидная эвтектика улучшает жидкотекучесть чугуна и повышает его износостойкость.

Чугун с вермикулярным графитом получают благодаря регламентированному модифицированию силикокалицием, церием, магнием или магнийцериевой и другими лигатурами. В результате выделения графита приобретают червеобразную (вермикулярную) форму. Вермикулярный графит отличается от пластинчатого меньшей степенью неравномерности, меньшими размерами и округлой формой кромок. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным.

Специальные чугуны. Для придания чугунным деталям более высоких механических свойств используют чугуны, легированные хромом, никелем, ванадием и другими элементами. Легирование в сочетании с термической обработкой расширяет рамки изменения структуры и свойств чугунов и области применения этих технологичных сплавов.

эвтектический чугун

Полезное

Смотреть что такое «эвтектический чугун» в других словарях:

Чугун с вермикулярным графитом — чугун с повышенными механическими свойствами по сравнению с серым чугуном, что объясняется благоприятной формой вермикулярного графита. Чугун получают обработкой расплава РЗМ (Се, Y и др.) в виде многокомпонентных лигатур, вводимых в тигель печи … Энциклопедический словарь по металлургии

чугун с вермикулярным графитом — чугун, с вермикулярным (червеобразным) графитом. Чугун с вермикулярным графитом занимает промежуточное положение между чугунами с пластинчатым и шаровидным графитом, сочетая хорошие литейные свойства … Энциклопедический словарь по металлургии

чугун с шаровидным графитом — высокопрочный чугун, графит в котором имеет шаровую форму, обусловливающую его высокие механические свойства. В отличие от чугуна с пластинчатым графитом механические свойства чугуна с шаровидным графитом в большой… … Энциклопедический словарь по металлургии

Чугун — [(pig) iron; hot metal] многокомпонентный сплав железа с углеродом (> 2,14 % С) и другими элементами, характеризующийся эвтектическим превращением. Чугун наиболее распространенный материал для изготолвения отливок, что обусловленно оптимальным… … Энциклопедический словарь по металлургии

серый чугун — чугун, в котором С частично или полностью (кроме углерода в феррите) находится в структурно свободном состоянии в виде пластинчатого графита; имеет серый излом. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, и поэтому… … Энциклопедический словарь по металлургии

передельный чугун — чугун, выплавляемый в доменной печи и предназначенный (в жидком или твердом состоянии) для передела на сталь, главным образом в кислородных конвертерах и мартеновских печах. Передельный чугун отличается низким содержанием Si и… … Энциклопедический словарь по металлургии

никелевый чугун — чугун с пластинчатым или шаровидным графитом, содержащим от 0,3 0,7 до 19 21 % Ni. Hикелевый чугун применяется в качестве немагнитных, коррозионностойких, жаропрочных и хладостойких материалов. Никелевый чугун успешно применяется… … Энциклопедический словарь по металлургии

литейный чугун — чушковый чегированный чугун, содержащий Энциклопедический словарь по металлургии

кремнистый чугун — 1. Чугун, легированный ≤ 20 % Si. Для повышения механических свойств кремнистый чугун иногда легируется 8 10 % Cu. Высококремнистые чугуны (> 12,0 % Si) имеют повышенную усадку и склонны к образован усадочных раковин. Кремнистый… … Энциклопедический словарь по металлургии

ковкий чугун — чугун с хлопьевидным графитом, полученный в результате отжига белого чугуна. Компактный графит («углерод отжига») обеспечивает высокую прочность и пластичность ковкого чугуна. Основное преимуществ ковкого чугуна заключается в… … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Серый чугун

Серый (литейный) чугун

— сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластин или волокон.

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, высокая жидкотекучесть, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Кроме углерода, серый чугун содержит в себе другие элементы. Важнейшие из них – кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4-3,8%, кремния 1,0-4,0% и марганца до 1,4%.