Вивчення структури чавунів

Чавуни — це залізовуглецеві сплави із вмістом вуглецю більше 2,14%. Вуглець у чавунах залежно від хімічного складу, швидкості охолодження у процесі кристалізації є в складі цементиту або у вигляді графіту. Відповідно до цього чавуни бувають білі та сірі.

Білі чавуни мають білий, сріблястий злом. Вуглець у таких чавунах міститься у вигляді цементиту. Залежно від умісту вуглецю білі чавуни поділяють на доевтектичні (С < 4,3%), евтектичні (С = 4,3%) і заевтектичні (С > 4,3%).

Структура доевтектичного чавуну за кімнатної температури складається з перліту, вторинного цементиту та ледебуриту (рис. 4.1). При мікроаналізі шліфа вторинний цементит не відрізняється від цементиту, що входить до складу ледебуриту.

Евтектичний чавун на 100% складається з ледебуриту. На мікрошліфі при 20°С на білому фоні цементиту видно темні квасолеподібні включення перліту. Структура заевтектичного білого чавуну, крім ледебуриту, вміщує витягнуті кристали первинного цементиту білого кольору.

Рисунок 4.1 - Структури білих чавунів: а) - доевтектичного; б) - евтектичного; в) - заевтектичного

Утворенню структури білого чавуну сприяють такі фактори:

- зменшення вмісту вуглецю та кремнію;

- введення марганцю, хрому, ванадію;

- збільшення швидкості охолодження під час лиття.

Білі чавуни мають високі твердість, зносостійкість, крихкість та низькі ливарні властивості.

Сірий чавун у зломі темно-сірого кольору має вуглець у вигляді вигнутих пластинок графіту, які добре видно на нетравлених шліфах (рис. 4.2). Металічна основа сірих чавунів буває перлітна, феритна та феритно-перлітна. Феритні сірі чавуни мають низьку твердість і міцність, добре оброблюються різанням. Перлітний чавун більш твердий, міцний, крихкий, зносостійкий. У процесі вивчення під мікроскопом структур сірого чавуну на фоні металічної основи та включень графіту зустрічаються чітко окреслені світлі включення неправильної форми — фосфітна евтектика.

Утворенню структури сірого чавуну сприяють збільшення кількості вуглецю і кремнію, зниження марганцю та хрому, повільне охолодження при ливарних роботах (лиття в піщані форми, великі виливки).

Рисунок 4.2 - Структура графітизованих чавунів: а - сірих; б - ковких; в - високоміцних; 1 - шліфи не травлені; 2 - феритна основа; 3 - перлітна основа

Ковкий чавун одержують із білого тривалим відпалюванням при 950–1000°С. На відміну від пластинок сірого чавуну ковкий має вуглець у вигляді пластинчастого графіту, який компактніший і менше надрізає металічну основу. Це надає ковкому чавуну більшу міцність та пластичність, ніж сірому. Металічна основа ковкого чавуну залежно від умов охолодження виливків, починаючи з температури відпалювання, може бути феритною (тривала затримка нижче 727°С), перлітною (швидке охолодження з 950°С) або феритно-перлітною (недостатня затримка нижче 727°С). Виливки з ковкого чавуну мають малі розміри, комплекс важливих механічних властивостей і використовуються в машинобудуванні для виготовлення помірно навантажених деталей. Негативна якість ковкого чавуну — необхідність тривалого відпалювання (50 та більше годин).

Високоміцний чавун відрізняється від ковкого тим, що в ньому вуглець міститься у вигляді кулястого графіту. Це попереджує надрізи та менше роз'єднує металічну основу чавуну. Високоміцні чавуни за механічними властивостями наближаються до сталей і використовуються для виготовлення відповідальних важконавантажених литих деталей — колінчастих та розподільних валів, кронштейнів, шатунів. Одержують високоміцний чавун модифікуванням магнієм (за тиску до 0,6 МПа).

Отже, чавуни бувають білі та сірі. У білих чавунах увесь вуглець тримається в цементиті, а в сірих більша частина міститься у вигляді графіту. За формою включень графіту чавуни поділяють на сірі, ковкі та високоміцні. Металічна основа цих чавунів буває перлітна (вміст вуглецю 0,8%) або феритна. Але можливі також проміжні стани. Якщо в сірому чавуні є ділянки відбілювання, то такий чавун називається половинчастим. Проміжною є також і феритно-перлітна металічна основа чавунів із включенням графіту. Виливки з половинчастого чавуну не піддаються механічній обробці, тому для зниження твердості їх потрібно піддати тривалому графітизуючому відпалюванню при 950–1000°С.

Таблиця 4.1 – Зразки чавунів

Позна-чення	Назва	Мікроструктура
БЧ	Білий доевтек-тичний чавун	Шліф не травлений: видно тільки пластинчастий графіт.
Шліф травлений: видно перліт (небагато) та ледебурит (евтектична суміш перліту та цементиту).
СЧ(п)	Сірий перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки вигнуті пластинки графіту.
Шліф травлений: добре видно перліт, пластинчастий графіт (гірше) та фосфідна евтектика (дуже світлі кристали).
КЧ(фп)	Ковкий феритно перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки пластівчастий графіт.

Продовження таблиці 4.1

Позна-чення	Назва	Мікроструктура
КЧ(фп)	Ковкий феритно- перлітний чавун	Шліф травлений: добре видно пластівчастий графіт, навколо графіту світлий ферит, решта –перліт.
ВЧ(фп)	Високо-міцний феритно-перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки кулеподібний графіт.
Шліф травлений: добре видно кулеподібний графіт, навколо графіту – світлий ферит, решта –перліт.
ВЧ(ф)	Високо-міцний феритний чавун	Шліф не травлений: видно тільки кулеподібний графіт.
Шліф травлений: добре видно кулеподібний графіт, решта – ферит.