Химический состав и термическая обработка ковких чугунов

Ковкие чугуны имеют пониженное содержание графитизирующих элементов (C+Si). Это необходимо для получения в литом состоянии полного отбеленного чугуна по всему сечению отливки. Если в структуре образуются включения пластинчатого графита, то при отжиге будет формироваться пластинчатый графит, а не хлопьевидный, в результате вместо ковкого чугуна получится серый чугун.

Следовательно, ковкий чугун должен иметь такой химический состав, который был бы максимально приближен к составу серого чугуна, но не содержал бы пластинчатого графита. Он должен быть предельно белым и находиться в половинчатой области структурных диаграмм.

Сочетание C и Si для отливок с разной толщиной стенок различно, чем толще стенка, тем меньше требуется C и Si.

Содержание Mn в зависимости от содержания S, т.е. Mn/S = 3-4.

Содержание других элементов определяется их влиянием на графитизацию. Хром как карбидообразующий элемент значительно увеличивает время отбела, поэтому его содержание находится в пределах 0,05-0,07%.

Ni и Cu способствуют грфитизации.

Al, B, Bi используют как микропримеси для ускорения отжига.

Цель отжига – обеспечить графитизацию чугуна.

При этом возможны два варианта:

1 – полная графитизация и получение чисто ферритной матрицы;

2 – частичная графитизация, образуется перлитная или феррито-перлитная матрица.

Графитизирующий отжиг состоит из двух стадий.

1 – нагрев до температуры 930-1050 °С и выдержка примерно 10 ч. На этой стадии происходит разложение первичного и ледебуритного цементита, в результате образуется аустенитная матрица с включениями хлопьевидного и коагулярного графита.

Затем температура снижается со скоростью V_охл = 25 °С/ч до температуры эвтектоидного превращения ~ 760 °С и далее начинается вторая стадия графитизции.

2 – медленное охлаждение со скоростью V_охл = 5 °С/ч во всем интервале эвтектоидного превращения (760-700 °С). При этом происходит распад Ц_п → Ф +Г.

Конечная структура чугуна зависит от параметров второй стадии, т.е. скорости охлаждения или длительности выдержки в интервале критических температур.

Рисунок – Режим графитизирующего отжига с БЧ на ФЧКЧ

Кратковременная выдержка в течение 5 ч дает перлитную матрицу с включениями коагулярного графита, вокруг которого ферритная кайма.

Длительная выдержка приводит к полному распаду цементита и получению ФКЧ. Длительность отжига является главным недостатком КЧ.

Для получения ПБКЧ режим отжига изменяется. Он сводится к длительной первой стадии в окислительной атмосфере при температуре 1000-1050 °С в течение 70-80 ч. За это время происходит удаление значительной части углерода.

Рисунок – Ускоренный режим отжига для получения ПБКЧ (ПКЧ)

Структура П+Г и поэтому этот чугун по составу напоминает графитизированную сталь. Применение окислительной атмосферы сокращает время отжига со 100 до 50 ч.

Вторая стадия отжига проходит при относительно большой скорости охлаждения – 25 °С/ч. Цементит не распадается при эвтектическом превращении, а остается в перлите. ПКЧ подвергается термической обработке – закалке и отпуску для получения сорбита или тростита, в результате чего повышаются механические свойства.

Иногда ПКЧ легируют медью, молибденом, марганцем. Для предупреждения выделения пластинчатого графита в толстых сечениях отливки в жидкий чугун вводят Bi = 0,005-0,025, В = 0,002-0,0035.

Обычный ПКЧ вытесняет ПБКЧ и получает более широкое распространение при изготовлении ответственных отливок.

Дата добавления: 2014-01-06