HomeЧугуны › Влияние примесей на графитизацию и структуру чугуна

Влияние примесей на графитизацию и структуру чугуна

Влияние примесей на графитизацию и структуру чугунаКроме отмеченных факторов, связанных с внешними условиями литья чугуна, на образование графита еще в большей мере оказывает влияние состав чугуна, т. е. присутствующие в нем примеси. Здесь, как и в стали, нормальными примесями являются те же Si, Mn, Р и S, но их количество технических серых чугунах бывает гораздо более значительным, равно как и воздействие, какое они оказывают на чугун.

 

Рассмотрим влияние каждого из этих элементов — примесей. Влияние кремния. Кремний известен как типичный графито-образующий элемент, т. е. способствующий выделению графита из жидкого и твердого раствора или разложению цементита по вышеуказанной реакции.

 

Следовательно, чем больше кремния в чугуне, тем при прочих равных условиях больше будет графита и тем беднее по концентрации углерода останется аустенит металлической основы; а следовательно, последняя тем более будет приближаться к ферриту.

 

Это влияние Si на структуру чугуна наглядно показано нафиг 113. Здесь приведены структуры, получаемые при одинаковой скорости охлаждения в чугунах с разным содержанием Si (на абсциссе) и С (на ординате). При наибольших содержаниях Si получается графит с основой, доходящей, в конце концов, до одного феррита. Из этой же диаграммы следует, что углерод также способствует графитизации и чем его больше в чугуне, тем сильнее влияние кремния и тем меньше его потребуется, чтобы вызвать графитизацию и получить серый чугун.

 

Наконец, диаграмма показывает, что при обычном содержании С в чугунах от 2 до 4% для получения серых чугунов нужно, чтобы в их составе присутствовало от 1 до 4% Si. И действительно, в технических серых чугунах Si присутствует в таком количестве, являясь по существу уже не примесью, а компонентом, имеющим равное значение с Fe и С. Это значение Si в составе литейного чугуна подтверждается тем, что по количеству Si производится разделение серого чугуна на сорта.

 

Влияние серы. В отношении графитообра-зования сера действует в обратном направлении, чем кремний, и способствует отбеливанию чугуна, т. е. сохранению в нем карбида, почему ее и называют карбидообразующей примесью.

 

Вредное влияние серы в смысле отбеливания чугуна может быть уничтожено одновременным увеличением процентного содержания Si. При повышении содержания серы жидкий чугун становится густоплавким и плохо заполняет форму; в отливках увеличивается усадка и повышается хрупкость.

 

Ввиду такого вреднего влияния серы на литейные качества чугуна, ее допускают в минимальном количестве порядка не более 0,1%. В структуре чугуна сера присутствует, как и в сталях, в виде неметаллических включений — сернистых соединений главным образом MnS и отчасти FeS, которые тоже, как в сталях, наблюдаются в структуре в виде включений, различимых на шлифе и без травления.

 

При этом полагают, что MnS сам по себе не оказывает значительного препятствия графитообразованию, и действие серы в этом отношении обусловлено исключительно FeS, которое, взаимодействуя с цементитом, дает более прочное соединение, нелегко-выделяющее графит.

 

Из этого видно, что с помощью FeS можно регулировать процесс графитизации в чугунах и парализовать действие Si, если его слишком много. Однако ввиду указанного вредного влияния S на литейные свойства чугуна, в качестве карбидообразующей примеси используют обычно Мп.

 

Влияние марганца. Как карбидообразующий элемент Мп действует менее сильно, чем S, и лишь при повышенном содержании. Полагают, что образующийся при этом Мп3С соединяется с Fe3C в сложный карбид, разлагающийся труднее, чем Fe3C. Следовательно, влияние марганца проявляется подобно ускорению охлаждения и должно способствовать получению отбела в чугуне.

 

Добавка марганца к жидкому чугуну при плавке вызывает образование тугоплавкого соединения его с серой (MnS), которое в силу своей нерастворимости в жидком металле и меньшего удельного веса может всплыть и удалиться из расплавленного металла со шлаком, что способствует уменьшению содержания серы в металле.

 

Поэтому способность марганца удалять серу (обессеривать чугун) делает его присутствие очень желательным, особенно при чугунах и горючем с большим содержанием серы.

Кроме того, марганец обладает полезным свойством раскислять металл. К отрицательному влиянию марганца нужно отнести его способность увеличивать усадку.

 

Для обыкновенного литья содержание марганца допускается в пределах 0,5-1%. В тонких отливках содержание марганца должно быть меньше во избежание отбеливания.

Влияние фосфора. В отношении графитообразования фосфор влияет неопределенно. В общем можно считать, что фосфор не оказывает существенного влияния на образование графита. Влияние его на структуру чугуна сказывается в том, что при некотором его содержании появляются участки фосфористой или фосфидной эвтектик и, называемой стэдитом.

 

Стэдит представляет собой тройную эвтектику, состоящую из твердого раствора Fe (тройной твердый раствор) Fe3P (фосфида железа) и Fe3C (карбида железа).

Фосфидная эвтектика имеет типичное эвтектическое строение и располагается между зернами затвердевшего металла, так как у нее низкая температура плавления (950°) и кристаллизация происходит в последнюю очередь в виде отдельных пестрых, светлых островков или оболочек, ясно различимых в структуре после травления шлифа.

 

Та или иная форма выделений фосфидов зависит от процентного содержания фосфора в чугуне. При содержании Р до 0,6-0,7% фосфидная эвтектика выделяется в виде отдельных островков различной величины; при большем содержании фосфора образуется сплошная сетка фосфидов и тем больше, чем сильнее был нагрет металл.

 

Чугуны, содержащие повышенное количество фосфора в расплавленном состоянии, становятся жидкотекучи, медленно остывают и заполняют самые мелкие изгибы формы. При этом фосфор уменьшает усадку чугуна.

 

Ввиду такого благоприятного влияния на литейные свойства повышенное содержание фосфора в сером чугуне считается желательным, в особенности для художественного литья, где отливка не подвергается большим механическим воздействиям. В изделиях же, подвергаемых нагрузкам, особенно ударным, не рекомендуется иметь много фосфора, так как фосфористая эвтектика повышает хрупкость чугуна.

 

Содержание фосфора в обычном литье колеблется от 0,1 до 1% в зависимости от сечения отливки в связи с условиями ее работы.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.