Как получить отливку из ковкого чугуна с перлитной матрицей. Приведите технологию графитизирующего отжига для такой отливки

Графитизация чугунов при первичной и вторичной кристаллизации. Классификация чугунов в зависимости от степени графитизации.

Графитизацией называется процесс выделения графита при кристаллизации или охлаждении чугунов. Графит может образовываться как из жидкой фазы при кристаллизации, так и из твердой фазы. В соответствии с диаграммой Fe—C ниже линии C ' D ' образуется первичный графит, по линии E ' C ' F ' — эвтектический графит, по линии Е ' S ' — вторичный графит и по линии P ' S ' К ' — эвтектоидный графит.

Графитизацию из жидкой фазы, а также от распада цементита первичного и цементита, входящего в состав эвтектики, называют первичной стадией графитизации.

Выделение вторичного графита из аустенита называют промежуточной стадией графитизации.

Образование эвтектоидного графита, а также графита, образовавшегося в результате цементита, входящего в состав перлита, называют вторичной стадией графитизации

Графитизация чугуна и ее полнота зависит от скорости охлаждения, химического состава и наличия центров графитизации (3). Влияние скорости охлаждения обусловлено тем, что графитизация чугуна протекает очень медленно и включает несколько стадий:

· образование центров графитизации в жидкой фазе или аустените;

· диффузия атомов углерода к центрам графитизации;

· рост выделения графита.

При графитизации цементита добавляются стадии предварительного распада Fe₃C и растворение углерода в аустените. Чем медленнее охлаждение чугуна, тем большее развитие получает процесс графитизации. В зависимости от степени графитизации различают чугуны: белые (рис. 2); серые (рис. 3) и половинчатые

Белые чугуны — получаются при ускоренном охлаждении и при переохлаждении жидкого чугуна ниже 1 147 °С, когда в силу структурных и кинетических особенностей будет образовываться метастабильная фаза Fe₃C, а не графит. Белые чугуны, содержащие связанный углерод в виде Fe₃C, отличаются высокой твердостью, хрупкостью и очень трудно обрабатываются резанием. Поэтому они как конструкционный материал не применяются, а используются для получения ковкого чугуна путем графитизирующего отжига.

Серые чугуны — образуются только при малых скоростях охлаждения в узком интервале температур, когда мала степень переохлаждения жидкой фазы. В этих условиях весь углерод или его большая часть графитизируется в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в виде цементита составляет не более 0,8 %. У серых чугунов хорошие технологические и прочностные свойства, что определяет широкое применение их как конструкционного материала.

Половинчатые чугуны — занимают промежуточное положение между белыми и серыми чугунами, и в них основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде Fe₃C. Чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита.

¡ Ковкий чугун получают отжигом белого доэвтектического чугуна.

¡ Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.

¡ Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.

Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако графитовые включения в ковком чугуне иные, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в форме хлопьев, которые получаются при отжиге, и изолированны друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает некоторой вязкостью и пластичностью. Из-за своей хлопьевидной формы и способа получения графит в ковком чугуне часто называют углеродом отжига

При получении перлитного ковкого чугуна возможны следующие примерные режимы термообработки и механические свойства. Закалку проводят после завершения I стадии графитизации. Чтобы устранить выделение феррита на поверхности отливок нагрев осуществляют в контролируемой атмосфере, обогащенной СО (СО/СО₂ = 20/1). Так как водород может обезуглероживать металл, то необходимо контролировать атмосферу на присутствие влаги.

От скорости охлаждения на воздухе после I стадии отжига зависит структура перлитной матрицы. При недостаточных скоростях происходит частичный распад вторичного цементита в непосредственной близости от графита с образованием оторочки феррита около углерода отжига («бычий глаз»), что может привести к формированию неоднородной структуры отливки. Отливки, охлажденные на воздухе, имеет твердость НВ 269 - 321 в зависимости от толщины поперечного сечения и скорости охлаждения; отпуск после охлаждения на воздухе обеспечивает получение перлитного чугуна с твердостью не более НВ 255.

Закалка в масле сразу же после окончания I стадии графитизации имеет недостатки:

- рост аустенитных зерен и получение крупных мартенситных игл;

- возникновение больших напряжений в крупнозернистой матрице отливки с повышенным количеством связанного углерода;

- образование большого количества остаточного аустенита.

Для устранения этих недостатков применяют закалку отожженного чугуна, при этом осуществляет последующую аустинизацию на 30 - 50 ^оС выше точки Ас₃, что вызывает полную фазовую перекристаллизацию матрицы с получением мелкозернистой и равномерно распределенной структуры, которая при закалке превращается в мелкоигольчатый мартенсит. Одновременно уменьшается количество остаточного аустенита. В дальнейшем закаленный чугун подвергается низкотемпературному отпуску (рис. 3.9.10).

Дата добавления: 2015-04-24