Розділ 8. Чавуни. Будова, властивості, класифікація і маркування чавунів

8.1. Класифікація чавунів

Чавун відрізняється від сталі: за складом – більший вміст вуглецю і домішок; за технологічними властивостями – кращі ливарні властивості, мала здатність до пластичної деформації, майже не використовується в зварних конструкціях.

Залежно від розташування вуглецю в чавуні, розрізняють:

• білий чавун – вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту, в зламі має білий колір і металевий блиск;

• сірий чавун – весь вуглець або більша частина знаходиться у вільному стані у вигляді графіту, а в зв'язаному стані міститься не більше 0,8 % вуглецю. Через велику кількість графіту його злам має сірий колір;

• половинчастий – частина вуглецю знаходиться у вільному стані у формі графіту, але не менше 2 % вуглецю знаходиться у формі цементиту. Мало використовується в техніці.

Процес графітизації

Графіт – це поліморфна модифікація вуглецю. Оскільки графіт містить 100 % вуглецю, а цементит – 6,67 %, то рідка фаза й аустеніт за складом ближчі до цементиту, ніж до графіту. Отже, утворення цементиту з рідкої фази й аустеніту повинне протікати легше, ніж графіту.

З іншого боку, за нагрівання цементит розкладається на залізо і вуглець. Отже, графіт є стабільнішою фазою, ніж цементит.

Можливі два шляхи утворення графіту в чавуні.

1. За сприятливих умов (наявність у рідкій фазі готових центрів кристалізації графіту і дуже повільне охолодження) відбувається безпосереднє утворення графіту з рідкої фази.

2. У процесі розкладання цементиту, що утворився раніше. За температур вище 738 ^oС цементит розкладається на суміш аустеніту і графіту за схемою:

.

За температур нижче 738 ^oС розкладання цементиту здійснюється за схемою:

.

За малих швидкостей охолодження ступінь розкладання цементиту більший.

Графітизацію з рідкої фази, а також від розпаду цементиту первинного і цементиту, що входить до складу евтектики, називають первинною стадією графітизації (рис. 8.1).

Виділення вторинного графіту з аустеніту називають проміжною стадією графітизації.

Утворення евтектоїдного графіту, а також графіту, цементиту, що утворився в результаті, входить до складу перліту, називають вторинною стадією графітизації.

Структура чавунів залежить від ступеню графітизації, тобто від того, скільки вуглецю знаходиться в зв'язаному стані.

П+Ц

Рис. 8.1. Схема утворення структур при графітизації

Витримка за температури понад 738 ^oС приводить до графітизації надмірного цементиту, що не розчинився. Якщо процес завершити повністю, то за високої температури структура складатиметься з аустеніту і графіту, а після охолодження – з перліту і графіту.

У разі незавершеності процесу первинної графітизації, вище за температуру 738 ^oС, структура складається з аустеніту, графіту і цементиту, а нижче за цю температуру – з перліту, графіту і цементиту.

Під час переходу через критичну точку перетворення аустеніту в перліт і витримки за температури, що нижче критичної, відбудеться розпад цементиту, який входить до складу перліту (вторинна графітизація). Якщо процес завершений повністю, то структура складається з фериту і графіту, якщо процес не завершений – з перліту, фериту і графіту.