Графитизация чугуна

Образование цементита при кристаллизации жидкого чугуна происходит при сравнительно быстром охлаждении расплава.

Система железо – цементит является неустойчивой или метастабильной, а диаграмму состояния этой системы называют метастабильной. Метастабильность системы определяется неустойчивостью химического соединения Fe₃C, которое при определённых условиях распадается на аустенит и свободный углерод (графит).

0 10 20 30

Рис. 7.1. Диаграмма состояния системы Fе—С

При очень медленном охлаждении из расплава выпадает углерод в виде графита, причем начало его выпадения проис­ходит при более высокой температуре, чем выпадение цементита (см. линию С'D¹, рис. 7.1). Это приводит к тому, что ли­ния эвтектического превращения соответствует 1153 °С и за­нимает положение E'С¹F¹; предельная растворимость углерода в аустените понижается с 2,14 до 2,03 % и ледебурит (смесь аустенита и графита) получается при 4,25 % С.

Система железо—углерод является устойчивой или стабильной, а диаграмму состояния этой сиcтемы называют стабильной. При медленном охлаждении по линии E¹S¹ выпадает графит. Эвтектоидная температура, при которой распадается оставшаяся часть аустенита, соответствует 738 °С.

Таким образом, при медленном охлаждении жидкого чу­гуна, когда степень переохлаждения составляет примерно 50 °С, из жидкой фазы кристаллизуется графит. При медлен­ном охлаждении затвердевшего чугуна, когда степень переох­лаждения составляет примерно 15 °С, аустенит превращается в феррит и графит. Процессы, связанные с выделением графита в железоуглеродистых сплавах, при медленном охлаждении, называют графитизацией.

Процесс графитизации чугуна протекает при медленном охлаждении. Ускорение охлаждения чугуна частично или полно­стью подавляет кристаллизацию графита и способствует обра­зованию цементита. Кроме скорости охлаждения процесс гра­фитизации зависит от наличия примесей и неметаллических включений. Обычно чугун после расплавления содержит во взвешенном состоянии мельчайшие частицы различных вклю­чений и примесей, в том числе и мельчайшие частицы графита. При медленном охлаждении эти частицы являются зароды­шами кристаллизации графита. Для ускорения процесса гра­фитизации в чугун иногда вводят специальные элементы (модификаторы), образующие дополнительные центры кристаллизации.

При нагреве до высоких температур белого чугуна, в кото­ром углерод находится в виде цементита, также возможно про­текание процесса графитизации: при температурах ниже 1153^оС цементит распадается на аустенит и графит, а при температурах в районе 738 ^оС – на феррит и графит.

Практически при достаточно медленном охлаждении или выдержке при температуре выше линии PSK вторично происходит графитизация избыточного, не растворённого в аустените цементита, а ниже линии PSK происходит разложение остатков избыточного цементита и цементита, входящего в перлит, т.е. можно достигнуть почти полной графитизации белого чугуна.

Большое влияние на процесс графитизации оказывает химический состав чугуна. Кремний, алюминий, а также никель, медь являются графитизирующими, они ускоряют процесс графитизации. Марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий и магний являются карбидообразующими и задерживают процесс графитизации.

В случае, когда углерод в чугунах находится полностью или частично в виде графита, чугуны называют серыми. Излом таких чугунов имеет тёмно-серый или почти тёмный вид.

Контр. Вопросы.

1. Начертите диаграмму железо-углерод. Покажите на ней линии солидуса и ликвидуса. Объясните линии первичной и вторичной кристаллизации. Какие при этом происходят превращения.

2. Охарактеризуйте основные структурные составляющие железо-углеродистых сплавов: феррита, аустенита, первичного и вторичного цементита, перлита. При каких видах кристаллизации они образуются.

3. Охарактеризуйте структурные превращения, происходящие при медленном охлаждении сплава железа с углеродом, содержащего 0,6% С и 1% С.

Дата добавления: 2014-01-07