12.11. Процесс графитизации

Кристаллизация графита или цементита происходит из жидкости либо из аустенита. Кристаллические решетки аустенита (ГЦК) и цементита (ОЦК встроенная в ГЦК) похожи, а аустенита и графита (гексагональная) – различны. Поэтому в равновесных условиях легче будет проходить кристаллизация аустенита в цементит. А для образования графита нужны или специальные условия (графитизация) или модификация.

Графитизация – термовременная выдержка при температурах выше и ниже линии PSK. Известно, что цементит при нагреве разлагается на железо и графит. Т.о. можно представить два пути образования графита в чугунах:

• Непосредственное образование графита может происходить при наличии в жидкости готовых центров кристаллизации графитовой фазы;

• Образование графита разложением ранее образовавшегося цементита (рис. 12.3).

В литейном цеху при плавке чугуна применяются шихтовые материалы, топливо и флюсы (для получения невязкого текучего шлака данного состава). Кроме этого для получения чугуна заданного химического состава применяются различные ферросплавы. При производстве модифицированного чугуна с пластинчатым графитом вводится ферросилиций и силикокальций, для шаровидного–например, сплав магния с кремнием и железом. При производстве того или иного чугуна ведется расчет шихты с учетом угара марганца и кремния.

Рис. 12.3. Схема образования структур при графитизации

Графитовые включения рассматриваются как пустоты. Это, своего рода дефекты, вокруг которых возникают напряжения. В наибольшей мере разупрочняют металл графитовые включения пластинчатой формы. Т.о. чугун – сталь с большим количеством микротрещин. Графитовые включения – концентраторы напряжений и при растягивающих нагрузках от них развивается трещина. Поэтому предел прочности при растяжении у чугунов в 5 раз меньше, чем у сталей. При сжимающих нагрузках края графитовых включений спрессовываются и их отрицательная роль не проявляется и предел прочности на сжатие у чугунов такой как у стали. Наличие графита резко снижает сопротивление материала при жестких способах нагружения: сопротивление разрыву, удару. У серых чугунов обнаруживается заниженная пластичность до 0,5%, у ковких – 5-10%, высокопрочных – до 15%. Несмотря на все это, у графита есть положительные стороны:

• графит улучшает обрабатываемость резанием, т.к. образуется ломкая стружка;

• по сравнению со сталью чугун имеет лучшие антифрикционные свойства и низкий коэффициент трения, т.к. наличие графита обеспечивает дополнительную смазку поверхностей трения;

• из-за микропустот, заполненных графитом, чугун хорошо гасит вибрации и резонансные колебания и имеет повышенную циклическую вязкость;

• детали из чугуна не чувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, переходы в сечениях, отверстия), к которым сталь очень чувствительна;

• чугун дешевле стали.