Діаграма стану залізо – графіт

Графітизація чавунів

На відміну від білих, сірі, ковкі й високоміцні чавуни ши­роко використовують у промисловості як конструкційні мате­ріали. Характерною структурною особливістю сірих, ковких й високоміцних чавунів є вкраплення графіту в металевій основі. Порівняно з основою міцність і пластичність графіту дуже малі. Вивчення графітизації має не лише теоретичне, але й важливе прикладне значення.

Графітизацією називають виділення графіту з рідкого й твердого розчинів, а також з цементиту. Графіт є однією з мо­дифікацій вуглецю. У залізовуглецевих сплавах графіт, як і цементит, може перебувати в рівновазі з рідким розчином, аус­тенітом й феритом.

Залежно від термодинамічних і кінетичних умов кристалі­зації у чавунах формується графіт або цементит. Зазначимо, що за концентрацією вуглецю аустеніт (до 2,14 % С) і рідкий розчин (2,14...6,67 % С) ближчі до цементиту (6,67 % С), ніж до графіту (100 % С). Зважаючи на важливу роль дифузійних процесів (кінетичних умов) під час формування цементиту й графіту, утворення цементиту вірогідніше, оскільки для його формування потрібні менші сумарні переміщення атомів заліза й вуглецю, ніж для утворення графіту. Водночас вільна енергія суміші аустеніт + цементит вища, ніж суміші аустеніт + гра­фіт, тобто утворення графіту знижує вільну енергію системи. Тому під час тривалого нагрівання з цементиту виділяється гра­фіт. Отже, порівняно з цементитом графіт — стабільніша фаза.

Оскільки для виділення графіту необхідна значна інтенси­фікація дифузійних процесів, збільшення швидкості охолоджен­ня чавуну буде гальмувати ці процеси, створюючи сприятливі умови для утворення метастабільної фази — цементиту.

Знаючи закономірності формування високовуглецевих фаз — графіту й цементиту, можна керувати процесами структуроутво­рення в чавунах.

Перетворення, що відбуваються під час графітизації чаву­ну, можна простежити за діаграмою стабільної рівноваги залі­зо - графіт (рисунок 2, штрихові лінії). Для порівняння суціль­ними лініями зображена діаграма метастабільної рівноваги залізо-вуглець. У стабільній системі на лінії ліквідус С' D' із рідкого розчину виділяється первинний графіт. При темпера­турі 1153 °С (лінія Е'С'F') із рідкого розчину, що має концент­рацію вуглецю 4,26 %, утворюється графітова евтектика (А_Е + Г):

Рисунок 2 - Діаграма стану залізо - графіт

В інтервалі температур між лініями Е'С'F' і Р' S' К' із аустеніту виділяється вторинний графіт на лінії Е'S'. При температурі 738 °С (лінія Р'S'К') аустеніт з концентрацією вуглецю 0,7 % розпадається з утворенням евтектоїду, що складається із фери­ту й графіту:

Кристали графіту мають вигляд пелюсток, що виходять з одного центра. Вторинний графіт й графіт евтектоїду, як пра­вило, виділяються на утвореннях первинного й евтектичного графіту.

Дата добавления: 2014-01-07