3.5.2 Процесс графитизации

Для управления структурой, а значит, свойствами чугуна, нужно понимать, при каких условиях углерод в чугуне будет выделятся в виде графита, при каких – в виде цементита.

Нужно знать, что более устойчивой из этих двух фаз является графит, а цементит – метастабильная фаза, которая может распасться на железо и графит (Fe₃C→3Fe+C_гр).

Цементит по структуре ближе к железу, чем графит, поэтому образоваться зародышу цементита значительно легче, тогда как работа образования зародыша графита велика.

Цементит и по составу (6,67% С) ближе к чугуну, чем графит, который содержит 100%С. Из всего сказанного можно сделать вывод, что цементиту образоваться значительно легче, чем графиту. Во-первых, трудно образоваться зародышу графита, во-вторых, рост кристалла графита может идти при условии подвода атомов углерода и отвода атомов железа.

Процессу графитизации способствуют следующие факторы:

1)Медленное охлаждение расплава при кристаллизации. При ускоренном охлаждении (тонкая стенка отливки, металлическая форма, холодильники в форме) может получаться структура белого чугуна или в поверхностном слое (отбеленный чугун), или насквозь.

2)Наличие в расплаве элементов, которые ослабляют связи Fe и С; в этом случае Fe₃C не образуется, и углерод выделяется в виде графита. К таким элементам-графитизаторам относятся С, Si, Cu, Ni, Al и др.

Содержание отбеливающих элементов, усиливающих связи Fe c C, должно быть уменьшено. К таким отбеливающим элементам относятся Mn, S, Cr, Mo, W и др.

3)Наличие в расплаве центров графита, роль которых играют мельчайшие частицы различных включений, примесей и самого графита. На этих частицах начинается процесс кристаллизации графита. Центры графита можно ввести, проводя процесс модифицирования веществами, которые дают центры для графита: в разливочный ковш вводят, например, ферросилиций, силикокальций. Кремний, окисляясь, дает готовые центры графита, т.к. SiO₂ имеет параметры решетки, которые близки графиту. Кроме того, кремний, растворяясь в рсплаве, как бы вытесняет из него углерод, являясь активным графитизатором. В результате такого модифицирования графит становится мелким и равномерно распределенным в стальной металлической основе чугуна.