Влияние графитовых включений на механические свойства чугуна

Влияние фосфора

Фосфор подобно кремнию уменьшает растворимость углерода в жидком чугуне и сдвигает эвтектическую точку влево. Но в отличие от кремния фосфор снижает температуру эвтектического превращения.

В твердом чугуне растворимость фосфора мала (при 3,5% С она составляет примерно 0,3%). Избыточное количество выделяется в виде – тройной фосфидной эвтектики Fe₃P–Fe₃C–Fe, плавящейся при 953° С.

Фосфор оказывает незначительное влияние на графитизацию. Увеличение содержания фосфора, благодаря легированию феррита, вначале способствует повышению механических свойств; затем вследствие выделения фосфидной эвтектики в виде крупных включений или сетки по границам зерен снижает прочность. Это критическое содержание фосфора зависит от типа чугуна, содержания других элементов и составляет 0,3–0,8%.

Графит сильно влияет на основные свойства чугуна, в первую очередь на прочность, характеризующую чугун как конструкционный материал.

Влияние графита на прочностные свойства происходит из-за ослабления поперечного сечения металлической матрицы в направлении, перпендикулярном приложению внешней растягивающей силы, «суживающего» действия, связанного с изменением длины и плотности силовых линий.

При допущении, что все графитовые включения расположены в виде цилиндрических пустот вдоль оси цилиндрического образца, его «живое» поперечное сечение было бы ослаблено на 10-15% и, соответственно, повысились бы напряжения (рисунок).

а – графитовые включения расположены в виде цилиндрических пустот вдоль оси цилиндрического образца; б – графитовые включения расположены в виде пластин.

Рисунок – Влияние графитовых включений на ослабление металлической матрицы

Пластинчатый графит способствует ослаблению металлической матрицы на 40-50% (рисунок,б).

Графитовые включения также оказывают надрезывающее влияние на металлическую матрицу (рисунок).

Рисунок – Влияние формы графитовых включений на увеличение внутренних напряжений в металлической матрице

Увеличение плотности силовых линий соответствует повышению напряжений. По краям графитовых включений происходит наибольшее сближение силовых линий. Чем острее край включения, тем больше взаимное сближение силовых линий и тем больше локальное повышение напряжений. При превышении определенной величины перенапряжений в «надрезанной» металлической основе, последняя – разрушается.

Надрезывающее влияние пластинчатого графита на снижение прочности тем больше, чем больше количество графита и крупнее его размеры. Этим и объясняется разница в механических свойства чугунов и сталей с одинаковой матрицей.

В общем случае графит уменьшает:

1 – пределы прочности при растяжении, упругости и пропорциональности, кгс/мм²;

2 – пластичность, %;

3 – модуль упругости Е, ГПа;

4 – чувствительность к надрезам;

5 – повышает циклическую вязкость, %.

Отрицательное влияние графита на эти показатели снижается при уменьшении количества графита и приближении его формы к шарообразной.

Дата добавления: 2014-01-06