Влияние легирующих элементов на графитизацию чугуна и его структуру

Влияние химического состава

Влияние различных факторов на структуру и свойства чугунов

На процесс первичной и вторичной кристаллизации чугуна влияют химический состав, скорость охлаждения отливки, состояние жидкого чугуна и термическая обработка. Следовательно, совместное влияние этих факторов определяет и конечную структуру чугуна и его механические свойства.

По химическому составу чугуны классифицируют на простые и легированные. Простые чугуны содержат 2,4-3,6% С, 0,5-3,0% Si; 0,2-1,0% Мn; 0,04-0,8% Р; 0,02-0,20% S. Легированные чугуны содержат больше указанного количества Si и Мn и различное количество специальных элементов.

Все легирующие элементы по их влиянию можно разделить на три группы.

1. Графитизирующие – Ni, Cu, Co отчасти Al. Эти элементы в основном образуют растворы с ферритом (аустенитом) и слабо связаны с углеродом. Они понижают растворимость углерода в жидком и твердом растворах, а также содержание углерода в эвтектике и эвтектоиде, повышают эвтектическую температуру, одновременно снижая эвтектоидную, что обусловливает графитизирующее влияние элементов. Никель, способствуя графитизации структурносвободных карбидов, задерживает распад эвтектоидных карбидов, тем самым стабилизирует и измельчает перлит. Аналогично, но в более слабой степени, влияет на графитизацию медь.

2. Препятствующие графитизации – Cr, Mo, W, V, B, Mg. Они образуют растворы замещения преимущественно с цементитом, например (Fe, Cr)₃C; (Fe, Мо)₃С; (Fe, V)₃C. При избыточном содержании элементы образуют специальные фазы – карбиды (например, Сг₇С₃ и V₄C₃), тормозят графитизацию и способствуют размельчению графитовых включений.

3. Элементы, образующие специальные фазы, служащие зародышами при графитизации (Ti, Zr, Nb и др.). Вследствие высокой химической активности эти элементы практически целиком расходуются на образование карбидов, нитридов, окислов и только в небольшом количестве растворяются в феррите и цементите. Тугоплавкие включения, образующиеся еще в жидком расплаве, могут служить центрами кристаллизации графита. Поэтому титан, являющийся карбидообразующим элементом, в то же время способствует графитизации и размельчению графитовых включений.

Все указанные элементы в процессе вторичной кристаллизации тормозят распад аустенита. При этом повышается степень переохлаждения при эвтектоидном превращении, что способствует получению более дисперсного перлита, даже при относительно медленном охлаждении отливки.

Такие элементы, как никель и медь, расширяющие область γ-раствора понижающие температуру мартенситного превращения, способствуют получению аустенитной структуры.

Легирующие элементы повышают механические свойства. Особенно сильно влияют молибден, ванадий, хром, способствующие размельчению графитовых включений и повышению дисперсности перлита. Никель и медь увеличивают прочность в меньшей степени, так как они способствуют графитизации; положительная роль их связана только с повышением дисперсности перлита и выравниванием свойств в тонких и толстых сечениях отливки.

Рисунок – Вертикальный разрез стабильной тройной диаграммы состояния

Fe-С-Si при 2% Si

Дата добавления: 2014-01-06