Микроструктура белых чугунов

Все чугуны на диаграмме Fe-Fe₃C расположены правее точки Е, т.е. они все содержат в своей структуре эвтектику. Благодаря большому количеству цементита эти чугуны имеют светлый оттенок (поэтому белые). Подразделяются на доэвтектические, заэвтектические и эвтектические.

Эвтектика – ледебурит (немецкий ученый Альфред Ледебур) .Базовой фазой, инициирующей зарождение колоний ледебурита является цементит. На пластинке цементита, зародившейся в эвтектической жидкости, разрастается плоский дендрит аустенита. Между его ветвями прорастают ответвления базового кристалла цементита. Далее идет довольно быстро парный рост взаимно проросших кристаллов обеих фаз.

Специфика парного роста фаз эвтектики А+Ц такова, что постепенно формируется эвтектическая колония в виде сотовой конструкции. При больших скоростях охлаждения эвтектика вместо сотового строения приобретает пластинчатое строение или перистое. Это результат расщепления ведущей фазы - цементита, между слоями которого прорастает аустенит.

В доэвтектическом чугуне процесс кристаллизации начинается с роста первичных дендритов аустенита. Он растет в виде дендритов с округлыми ветвями. Колонии ледебурита при эвтектическом превращении зарождаются независимо от образовавшегося ранее аустенита, т.к. он не является базовой фазой кристаллизации.

В заэвтектическом чугуне ледебуритная структура зарождается на первичных кристаллах цементита: цементит эвтектической колонии является продолжением кристалла первичного цементита.

При дальнейшем охлаждении затвердевшего белого чугуна из цементита по линии ES выделяется вторичный цементит, который присоединяется к эвтектическому, не образуя самостоятельных образований. Дендриты первичного аустенита превратившегося в перлит, сохраняют свои первоначальные очертания, и поэтому такую структуру называют превращенным ледебуритом.

Таким образом, при комнатной температуре в доэвтектическом белом чугуне можно увидеть три составляющие – первичный превращенный аустенит, вторичный цементит (часто не виден) и превращенный ледебурит. В эвтектическом чугуне одна составляющая– превращенный ледебурит. В зеэвтектическом белом чугуне две составляющих – первичный цементит и превращенный ледебурит.

Классификация чугунов

Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

· белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

· серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

· половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Диаграмма состояния железо – графит.

В результате превращения углерод может не только химически взаимодействовать с железом, но и выделяться в элементарном состоянии в форме графита. Жидкая фаза, аустенит и феррит могут находиться в равновесии и с графитом.

Графит имеет гексагональную решетку. Атомы углерода образуют слои – гексагональные сетки, внутри которых действуют прочные ковалентные связи, и расстояние между атомами составляет 0,142 нм. Слои связаны слабыми силами Ван-дер-Вальса и расстояния между слоями большое – 0,366 нм. Для понимания структурообразования чугунов важно знать, что графит имеет низкую плотность, которая примерно в 3,5 раза меньше плотности железа. Т_пл графита около 4000⁰С. Растворимостью графита в чистом железе можно пренебречь.

Диаграмма состояния железо – графит показана штриховыми линиями на рис. 11.1. Линии диаграммы находятся выше линий диаграммы железо – цементит. Температуры эвтектического и эвтектоидного преврашений,соответственно, 1153^oС и 738^oС. Точки C, E, S – сдвинуты влево, и находятся при концентрации углерода 4,24, 2,11 и 0,7 %, соответственно. Слайд 1.

Рис.11.1. Диаграмма состояния железо – углерод: сплошные линии – цементитная система; пунктирные – графитная

При высоких температурах цементит разлагается с выделением графита, поэтому диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной, а диаграмма железо – графит – стабильной. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом называется графитизацией.

Процесс графитизации.

Графит – это полиморфная модификация углерода. Так как графит содержит 100% углерода, а цементит – 6,67 %, то жидкая фаза и аустенит по составу более близки к цементиту, чем к графиту.

Поиск по сайту: