• Головна
  • Чавун
  •  ЧАВУН

                 Чавуном називають залізовуглецеві сплави, що містять більше 2,14% вуглецю, сплави Fe-С, що містять у структурі евтектики (евтектики). Сплави, які містять менш 2,14% (гранична розчинність вуглецю в аустеніті), називають сталлю. Максимальна розчинність вуглецю в залізі 6,67%. Найбільш значну частину виплавленого чавуну переробляють в сталь, однак не менше 20% його використовують для виготовлення литих деталей машин та інших виробів. У практиці машинобудування в більшості випадків використовують чавун з вмістом 2,5-4% вуглецю. У промисловому чавуні, крім вуглецю, обов'язково містяться кремній, марганець, сірка і фосфор (у більшій кількості, ніж в сталі).
    Чавун відрізняється високими ливарними властивостями (через більш високий вміст вуглецю, ніж в сталі), вироби з нього виготовляють різними методами лиття. Через низьку пластичність чавун не піддається обробці тиском. Залежно від форми виділення вуглецю чавун підрозділяють на білий, половинчастий і сірий.
    Білий чавун - називають такий чавун, в якому при нормальній температурі весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані, головним чином у формі цементиту. Такий чавун в зламі має білий колір і характерний металевий блиск.
    Сірий чавун - називають такий чавун, в якому весь вуглець або більша його частина знаходяться в вигляді графіту, а в зв'язаному стані (у формі цементиту) вуглецю, міститься не більше 0,8%. Зважаючи на велику кількість графіту, що входить до складу такого чавуну, його злам має сірий колір.
    У половинчастому чавуні частина вуглецю знаходиться в формі графіту, але при цьому не менш 2% «С» присутній в формі цементиту.
    У ряді випадків знаходять застосування деталі, виготовлені з чавуну з вибіленої поверхнею. Основна маса металу в таких деталях має структуру, сірого чавуну і тільки в поверхневому шарі майже весь вуглець знаходиться у формі цементиту. Типовим прикладом є прокатні валки для холодної прокатки листів.
    На нашому порталі Ви знайдете докладні характеристики основних видів чавунів: Нижче приведена діаграма сплаву Залізо-Вуглець. (Fe-C)
     
            Наявність великої кількості цементиту надає валкам високу поверхневу твердість і високий опір зносу, що сприяє отриманню листів з чистою поверхнею.
    Структура чавунів істотно залежить від їх хімічного складу і швидкості охолодження.
    Хімічний склад. Кремній сприяє графітизації чавуну. Кремній розчиняється в Fea, утворюючи твердий розчин заміщення. Зміст кремнію чавунах коливається від 0,5 до 4,5%.
    На ріс1. Наведена діаграма, яка дає можливість визначити заздалегідь майбутню структуру виливка за змістом вуглецю і кремнію.

    Рис1. Структурна діаграма для чавуну, що показує, яка повинна вийти структура в литві (з товщиною стінки 50 мм) в залежності від вмісту в чавуні кремнію і вуглецю: 1-білі чавуни; 2-сірі перлітні чавуни; 3 - сірі ферритні чавуни.
     
    Марганець перешкоджає графітизації, сприяє отриманню в структурі чавуну цементиту. Вміст марганцю в чавунах - від 0,4 до 1,3%.
    Сірка в чавунах є небажаним елементом. Вона знижує жидкотекучесть, сприяє відбілюванню чавуну, як і марганець. Вміст сірки допускається не більше 0,08-0,12%.
    Фосфор в чавунах - корисна домішка, так як покращує текучість. Ділянки фосфідную евтектики збільшують твердість і зносостійкість чавуну. Вміст фосфору в чавунах коливається від 0,3 до 0,8%.
    Іноді в чавуни вводять легуючі елементи (нікель, хром, алюміній, молібден і т. Д.), Тим самим покращуючи їх властивості.
    Швидкість охолодження. Крім регулювання змісту вуглецю і кремнію, необхідно також враховувати швидкість охолодження виливків. Відомо, що швидке охолодження сприяє отриманню білого чавуну, уповільнене - сірого чавуну. На рис 2. Наведено діаграма, користуючись якою можна отримати в литві потрібну структуру, регулюючи хімічний склад і швидкість охолодження.

    Рис 2. Структурна діаграма для чавуну, що показує, яка повинна вийти структура в литві в залежності від суми вмісту вуглецю і кремнію, а також товщини виливки: 1-білі чавуни; 2-сірі перлітні чавуни; 3 сірі ферритні чавуни.
     

                                                                               Класифікація чавунів.


    На рис. 3 приведена діаграма стану сплавів системи Fe-С, включаючи систему Fe-FезС . Фігуративний точка С найбільш легкоплавку (1 148 ° С) композиції, що містить 4,38%. С, називається евтектичною. При цій температурі евтектичний рідкий нелегований чавун (містить тільки Fe і С) твердне в повністю рівноважних умовах з утворенням суміші двох твердих фаз - аустеніту А, що містить близько 2% С (в різні часи це зміст оцінювалося від 1,7 до 2,14% ), і цементиту Ц, що містить 6,4% С при 1148 ° С (за стехиометричною формулою FезС відповідає вміст вуглецю 6,67%, С) . Суміш цих двох фаз (евтектика) отримала назву ледебурит. На рис. 1.2 показані дві основні різновиди ледебуріта- сотовидную і пластинковий (або пластинчастий). Другий частіше спостерігається в швидко затверділому білому чавуні, в ньому чергуються пластинки цементиту і аустеніту приблизно однакової товщини.
    Ледебурит має підвищену твердість і крихкість через високу твердості (приблизно HV 900 ... 1000 або 9000 ... 10 000 Н / мм 2) і крихкості цементиту. Найбільш крихкий сотовидную ледебурит, в ньому «стільники» аустеніту майже повністю ізольовані один від одного, і притаманна аустеніту пластичність не може реалізуватися - мікротріщини і руйнівна магістральна тріщина проходять по крихкій суцільний цементитній матриці. Пластинковий ледебурит дещо менш крихкий, тому що тріщини можуть «проскакувати» і по аустенітним прошаркам.
    Аустеніт зберігається до кімнатної і більш низьких температур лише в спеціальних аустенітних чавунах, легованих нікелем, марганцем, міддю, азотом. У бінарних сплавах Fe-С типу чавунів аустенит при порівняно повільному охолодженні (коли немає гарту) зазнає евтектоїдний розпад. В системі Fe-Fe3C цей розпад відбувається нижче 727 ° С (див. Евтектоїдних точку S на рис. 3) і призводить до утворення з аустеніту евтектоїдной суміші - перліту. Ця суміш складається з чергуючих платівок фериту Ф і цементиту Ц. Перліт містить близько 0,8% С (0,78,%, на рис. 1.1), тому пластинки фериту в ньому набагато товщі пластинок цементиту. В результаті цього пластинчастий перліт має значно більш високу пластичність і ударну в'язкість, ніж

                          Мал. 3. Діаграма стану сплавів Залізо -Углерод, Fe-С, з нанесеними на неї лініями ізоактівності вуглецю.
    Ми - крива початку мартенситного перетворення.

    пластинковий ледебурит. Існує також так званий зернистий перліт, одержуваний спеціальною термообробкою. Він ще більш пластичний і в'язок. Чавуни з такою структурою перліту (за кордоном називаються «армастіл») використовують для удароміцних деталей.
    За структурою зернистий перліт і стільникові ледебурит є антиподами. У зернистому перліті тверда і крихка фаза - цементит -  не суцільна, тендітна матриця, а ізольовані острівці. При цьому дотримується так званий принцип Шарпи - Бочвара, згідно з яким така островкова структура в більшості сплавів оптимальна.
    На діаграмі Fe-С область лівіше точок Е і Е 'відноситься до сталей, правіше - до чавунів. Так як абсциси цих точок
    Величину Sc слід називати «ступенем насиченості» (Sattignngsgrad). У нижній частині рис. 3 наведені шкали
    Sa і Sс
    Представлені вище дані (за винятком точок E 'і С' діаграми Fe - С) відносяться до системи Fe - FезС, т. Е. До білих чавунів. Однак в чавунах замість цементиту може утворюватися графіт (Г на рис. 1.1) -речовини, хоча і крихке, але дуже м'яке, що служить гарним твердим мастилом при терті ковзання, при обробці металу різанням.
    Процес виділення графіту в чавунах обумовлений нестабільністю (метастабільних) карбіду FезС при атмосферному тиску. Процес називають графітизацією, а такі чавуни графітізованими. Вони діляться на:
    - чавуни з пластинчастим графітом (ЧПГ) або сірі чавуни (СЧ);
    - чавуни з пластівчастим графітом (ЧХГ) або ковкі чавуни (КЧ);
    - високоміцні чавуни (ВЧ), які в свою чергу діляться на чавуни з кулястим графітом (ЧКГ) і чавуни з вермікулярним графітом (ЧВГ).

    У сірих чавунах пластинки графіту, роздрібнюючи і розгалужуючись при прискоренні охолодження твердого металу і, відповідно, зростання фронту кристалізації, іноді згортаються в «гілочки», і тоді колонія евтектичного графіту, яка виростає з одного «центру графітізації», має вигляд яккуща яка  розпустилася . За кордоном такий вид графіту отримав назву «коралоподібного».
    ЧХГ і ЧВГ іноді об'єднують в одну групу ЧКГ (чавунів з компактним графітом), проте не слід забувати, що в першому випадку такий графіт утворюється під час відпалу, а в другому - під час затвердіння.
    Чавуни, що містять, поряд з евтектикой аустенит + графіт, деяка кількість евтектики аустенит + цементит (т. Е. Ледебурит), називаються половинчастими (або «третний»). Вони мають підвищену твердість і погану оброблюваність різанням і найчастіше розглядаються як ливарні відходи, виправляється термічною обробкою.
    Чим більше пластинчастого графіту в сірому чавуні і чим більше його платівки, тим нижче механічні властивості металу. Вважається, що механічні властивості добре корелюють з евтектічностью чавуну (або зі ступенем насиченості Sc). Чим вона вища, тим більше графіту в сплаві, тим нижче ці властивості. І в ковкому і високоміцному чавуні така кореляція простежується значно слабше, а іноді в ЧШГ і зовсім відсутня- важливіше виявляються такі чинники, як компактність графітних включень, їх розмір, середня відстань між ними.