Литейные чугуны

Страницы: 1 2 3 4 5 6

К основным составляющим структуры различных чугунов, определяющим их свойства, помимо графита относят феррит, цементит, перлит, аустенит, ледебурит. Феррит —твердый раствор углерода (до 0,02%) в α -железе. Железо существует в виде различных разновидностей (α, β, ү и δ-аллотропных модификаций), различающихся по кристаллической структуре или по магнитным свойствам. Устойчивым при обычной температуре и нагреве вплоть до 769°С является α-железо, обладающее магнитными свойствами. При более высоких температурах (до 910°С) происходит переход его в β-железо, а в интервале температур 910—1440°С устойчиво ү-железо, отличающееся от α -модификации структурой и не обладающее магнитными свойствами. Структуру с ү-модификацией железа можно получить (и сохранить в отливке при обычной температуре) путем быстрого охлаждения с температуры 910—1140°С.

В феррите могут быть растворены также кремний, марганец, фосфор и другие элементы. Феррит мягок и пластичен, если не содержит легирующих примесей, повышающих его прочность, твердость, хрупкость.

Цементит (карбид железа) представляет собой химическое соединение (Fe3C), содержащее 93,33% железа и 6,67% углерода; является наиболее твердой и хрупкой составляющей чугунов.

Перлит — эвтектоидная механическая смесь цементита и феррита. Мельчайшие частицы цементита, находящиеся в пластичной массе феррита, придают этой смеси хорошие прочностные свойства. В перлите содержится 0,83% углерода.

Аустенит — твердый раствор углерода (до 2,14%) в ү-железе. Аустенит немагнитен.

Ледебурит — эвтектическая механическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при температурах ниже 1145°С. Содержание углерода в ледебурите 4,3%. При нормальной температуре ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита.

На процесс формирования структуры чугунных отливок оказывает влияние ряд факторов; к наиболее существенным из них относят химический состав чугуна, температуру перегрева его перед заливкой в форму и скорость охлаждения отливки. Структуру металла готовой отливки можно изменять термической обработкой.

По химическому составу чугуны разделяют на нелегированные и легированные. Обычно в чугунах содержится (помимо железа) 2,4—3,6% углерода, 0,5—3% кремния, 0,2—1,0% марганца, 0,04—0,8% фосфора, 0,02— 0,2% серы. Как основные, так и легирующие элементы оказывают различное влияние на графитизацию чугуна. В приведенном ниже ряду элементы расположены в зависимости от их влияния на графитизацию (слева — способствующие графитизации, справа — тормозящие ее, в середине — не оказывающие на этот процесс существенного влияния): Al, С, Si, Ti, Ni, Cu, Р Со, Zr, Nb, W, Мп, Mo, S, Cr, V, Те, Mg, Sr, B.

Таким образом, постоянные компоненты чугуна С и Si оказывают сильное графитизирующее действие, а Мп и S тормозят выделение свободного графита. Большое влияние суммарного содержания углерода и кремния на структуру чугуна показано многими исследователями. Предложены структурные диаграммы, типа приведенной на рис. 5.2 диаграммы Маурера. Наклонные линии делят диаграмму на пять областей, каждой из который соответствует определенная структура чугуна: I — белый чугун (перлит+цементит), IIа— половинчатый чугун (перлит+цементит+феррит), II — серый перлитный чугун (феррит+графит), 116— серый перлитно-ферритный чугун (перлит4-феррит+графит), III — серый ферритный чугун (феррит+графит). Схематическое изображение этих структур показано на рис. 5.3. Из диаграммы (см. рис.  5.2) следует, например, что при одном и том же содержании углерода (3,0%) будет получаться белый чугун, если содержание кремния не превышает 0,8%, серый перлитный — при 1,1 до 2% Si и при 2,8% и более — серый ферритный чугун. Таким образом, регулируя суммарное количество углерода и кремния в расплаве чугуна, а также скорость охлаждения его в форме, можно получать отливки с различной структурой.

диаграмма Маурера
Рис. 5.2. Диаграмма Маурера:
I — белый чугун (перлит + цементит), IIа — половинчатый чугун (перлит + цементит + феррит), II — серый перлитный чугун (феррит + + графит), IIб — серый перлитно-ферритный чугун (перлит + феррит + графит), III — серый ферритный чугун (феррит + графит)