Високоякостен графит от сферографитен чугун
Ковките чугуни официално се наричат чугуни с нодуларна форма, както например в GOST 7293-85. Тези чугуни са пример за триумфа на металургичната наука през 40-те години на миналия век. На английски те се наричат малко по-различно: сферографитен чугун - сферографитен или сферографитен чугун.
Магнезиеви или цериеви добавки
Учени-металурзи са открили, че чрез добавяне на много малки количества магнезий или церий към чугуна и поддържане на ниски нива на сяра и фосфорни примеси е възможно да се промени формата на графита от взаимосвързаните венчелистчета, които са характерни за сивия чугун, в изолирани сфери или топки. Понякога те също се наричат сфероиди (Фигура 1).
Фигура 2 е електронна микроснимка, направена след полиране и ецване на проба от сферографитен чугун, за да се разкрият графитни сфероиди. Тази микрофотография показва, че повърхността на графита в тези чугуни е доста гладка и сферична, за разлика от графита в сферографитен чугун.
Количеството магнезий в чугуна, което е необходимо за образуването на нодуларен графит, е само от 0,02 до 0,1% магнезий, а церий - от 0,02 до 0,04%. Церият е рядкоземен химичен елемент с атомен номер 58. Тъй като церият е много по-скъп от магнезия, магнезият се използва в промишлеността при производството на сферографитен чугун.
Растеж на нодуларен графит
Подобно на сивите и белите чугуни, ковкият чугун започва втвърдяването си с образуването на аустенитни дендрити. Графитните сфероиди растатдиректно от междудендритната течност и не са свързани помежду си. Образуването им възниква в резултат на специален евтектичен растеж на графит в аустенит.
Сфероидите са 100% въглерод под формата на графит. Структурата на сфероида е набор от групи успоредни плочи, които са подредени около центъра му (виж Фигура 1). Диаметърът на сфероида е много по-малък от структурната клетка на сив чугун - около 200 сфероида от сфероиден чугун ще се поберат в една клетка от сив чугун.
Механични свойства на чугуните по GOST 7293-85
Механичните свойства на високоякостните чугуни са сравними с тези на високовъглеродните стомани. Тъй като графитните сфероиди не са свързани и освен това имат гладки повърхности, това означава, че те не са концентратори на напрежение.
Минималните изисквания на GOST 7293-85 към механичните свойства на най-здравия чугун с нодуларен графит - чугун клас VCh 100 - са: - якост на опън - 1000 MPa; - граница на провлачване - 700 MPa; —относително удължение - 2; - Твърдост по Бринел - 270 HB.
Фазова структура на чугунена матрица
Фазовата структура на сферографитен чугун - матричната структура - както и на сивия чугун, се контролира от процеса на охлаждане, добавянето на легиращи елементи непосредствено преди отливането и термичната обработка след отливането. Когато се лее, шарковато желязо може да бъде феритно, перлитно или, по-често, някаква смес от перлит и ферит. Фигура 3 показва микроснимка на нодуларен чугун, чиято структура е смес от малко количество феритно-перлитна структура и преобладаващо бял феритструктури.
Източник: Джон Д. Верховен, Металургия на стоманата за неметалурзи, 2007 г.