Класификация на чугуните и техния обхват
Леярските и механичните свойства на чугуна зависят от това колко близък е неговият състав до евтектиката. За оценка на това се използват два показателя:
Степента на евтектичност SE е съотношението на концентрацията на въглерод С в чугуна към концентрацията му в евтектиката, като се вземе предвид влиянието на силиция и фосфора и въглеродния еквивалент (дефиниран като Cek \u003d C + 0,3 (Si + P)).
Чугуните се разделят на: хипоевтектични (Se 1, Cev> 4.2–4.3).
Чугуните по време на кристализация и по-нататъшно охлаждане могат да се държат различно (фиг. 7.1): или в съответствие с диаграмата на състоянието на метастабилния Fe-Fe3C (бели чугуни, в които въглеродът присъства под формата на Fe3C), или в съответствие със стабилната диаграма Fe-C (сиви чугуни, в които въглеродът присъства под формата на графит).
В системата Fe-C графитната евтектика (аустенит-графит) съдържа 4,26% C и се образува при 1153 ° C. Вторичният графит се освобождава по линията E' S' в температурния диапазон от 1153–738 ° C. Евтектоидната трансформация протича при 738°C с образуването на евтектоид (ферит + графит). Използването на диаграми Fe-C и Fe-Fe3C не се различава фундаментално една от друга.
Вероятността за образуване на цементит от течната фаза е много по-висока от тази на графита. Всеки процес се определя от термодинамични и кинетични условия на потока. Движещата сила зад процеса на графитизация е желанието на системата да намали количеството свободна енергия. Цементитът е термодинамично по-малко стабилна фаза от графита. Разликата между температурите на образуване на цементит и графит обаче е малка и при сравнително малко преохлаждане ще настъпи кристализация на цементит, а не на графит.
Графитът се образува само при ниски скорости на охлаждане в тесен температурен диапазон, когато степента на преохлаждане на течната фаза е ниска. Приускорено охлаждане и преохлаждане на течния чугун под 1147 ° C води до образуването на цементит.
Графитизиране на чугуни
Графитизацията е процес на утаяване на графит по време на кристализация или охлаждане на чугуни. Графитът може да се образува както от течната фаза по време на кристализация, така и от твърдата фаза. Съгласно диаграмата Fe-C, първичен графит се образува под линията C'D', евтектичен графит по линията E'C'F', вторичен графит по линията E'S' и евтектоиден графит по линията P'S'K'.
Графитизацията на чугуна и нейната пълнота зависи от скоростта на охлаждане, химичния състав и наличието на центрове на графитизация.
Влиянието на скоростта на охлаждане се дължи на факта, че графитизацията на чугуна протича много бавно и включва няколко етапа:
- образуване на центрове на графитизация в течна фаза или аустенит;
- дифузия на въглеродни атоми към центрове на графитизация;
- увеличаване на отделянето на графит.
По време на графитизацията на цементит се добавят етапите на предварително разлагане на Fe3C и разтваряне на въглерод в аустенит. Колкото по-бавно е охлаждането на чугуна, толкова по-голямо е развитието на процеса на графитизация.
В зависимост от степента на графитизация биват бели, сиви и получугуни.
Белите чугуни се получават чрез ускорено охлаждане и преохлаждане на течно желязо под 1,147 °C, когато поради структурни и кинетични характеристики ще се образува метастабилна Fe3C фаза, а не графит. Белите чугуни, съдържащи свързан въглерод под формата на Fe3C, се характеризират с висока твърдост, крехкост и много трудни за обработка. Поради това те не се използват като конструктивен материал, а се използват за получаване на сферографитен чугун чрез графитизиращо отгряване.
Получугуни - заематмеждинно положение между белите и сивите чугуни, като в тях основното количество въглерод (повече от 0,8%) е под формата на Fe3C. Чугунът има структура на перлит, ледебурит и пластинчат графит.
Манганътпредотвратява графитизацията, увеличавайки склонността на чугуна към избелване. Сярата е вреден примес. Избелващият му ефект е 5-6 пъти по-висок от този на мангана. В допълнение, сярата намалява течливостта, насърчава образуването на газови мехурчета, увеличава свиването и склонността към напукване. Фосфорът не влияе на графитизацията и е полезен примес, увеличавайки течливостта на сивия чугун поради образуването на нискотопима (950–980) ° C фосфидна евтектика.
По този начин, чрез регулиране на химическия състав и скоростта на охлаждане, е възможно да се получи желаната структура на чугуна в отливките.