6.8.2 Влияние скорости охлаждения на формирование структуры чугунов

Ранее отмечалось, что при одинаковом составе формирование структуры чугунов происходит в зависимости от скорости охлаждения. В промышленности обычно используют доэвтектические белые и серые чугуны, поэтому рассмотрим варианты структурообразования на примере такого сплава (рис. 6.7).

На первом этапе формирования структуры (Т₁– Т₂) в любом варианте из жидкости начинается кристаллизация аустенита.

Чугун

L LА+Ц белый

LА+Г серый

L+A LА+Ц половин-

L+Ц(Г) LА+Ц чатый

E’ С’

А Е С

Основа

A+Ц(Г) АФ+Ц перлитн.

А+Ф АФ+Г ферритн.

S’ АФ+Ц феррито-

Ф АФ+Г перлитн.

P S

Ф+Ц(Г)

2,0 4,3

% С 

Эвтектическое же превращение в зависимости от скорости охлаждения происходит по-разному, и образуются чугуны разных типов. При ускоренном охлаждении (вариант 1) формируется аустенито-цементитная эвтектика – ледебурит и образуется белый чугун. При замедленном охлаждении (вариант 2) формируется аустенито-графитная эвтектика и образуется серый чугун и в случае промежуточной скорости охлаждения часть аустенита может превратиться в ледебурит, а часть – в аустенито-графитную эвтектику. При этом образуется половинчатый чугун (вариант 3).

При охлаждении в интервале между эвтектическим и эвтектоидным превращением из-за снижения растворимости углерода в аустените в белых чугунах выделяется вторичный цементит (как было указано ранее), а в серых чугунах – вторичный графит.

Эвтектоидное превращение для белых чугунов происходит всегда одинаково – с образованием перлита (A_S  Ф_Р + Ц), а для серых – по-разному. В случае ускоренного охлаждения в интервале перлитного превращения аустенит превращается в перлит и формируется серый чугун на перлитной основе, в случае замедленного охлаждения аустенит распадается на феррит и графит и формируется структура серого чугуна на ферритной основе и в промежуточном случае (часть аустенита распадается на феррит и графит, а часть превращается в перлит) – формируется серый чугун на феррито-перлитной основе. Чем больше в структуре серого чугуна перлита, тем выше его прочностные свойства, таким образом, для чугуна одного и того же состава можно получить различные механические свойства.

Если в расплав ввести небольшое количество (0,03...0,07%) магния, эвтектическая кристаллизация серых чугунов протекает образованием шаровидного графита. Такой чугун называется высокопрочным. Пластинчатый графит является гораздо большим концентратором напряжений, чем шаровидный, поэтому при одном и том же количестве графита прочностные свойства чугуна с шаровидным графитом в несколько раз больше.