Отжиг чугунов

Основные компоненты чугуна — железо, углерод и кремний. Кроме того, обычные чугуны содержат марганец, фосфор и другие элементы. Несмотря на сложность химического состава чугуна, важнейшие структурные изменения при его отжиге качественно можно проанализировать с использованием диаграммы состояния двойной системы Fe — С.

В этой системе, как известно, аустенит и феррит могут находиться в стабильном равновесии с графитом (пунктирные линии на рисунке Диаграмма состояния Fe — С) и в метастабильном равновесии с цементитом (сплошные линии).

Графит по сравнению с цементитом труднее зарождается и труднее растет в металлической матрице. Для зарождения графита требуются гораздо большие флуктуации концентрации, так как графит — это практически 1100% С (растворимость железа в нем ничтожна), а цементит содержит только 6,67% С.

При росте графитного кристалла необходимо почти полное удаление атомов железа от фронта продвижения его границы в металлической матрице. Поэтому образование метастабильного цементита в определенных условиях, например при ускоренном охлаждении, кинетически более выгодно, чем образование стабильного графита.

Однако метастабильное равновесие аустенита или феррита с цементитом соответствует относительному минимуму свободной энергии, а стабильное равновесие с графитом — абсолютному минимуму свободной энергии. Поэтому выдержка чугуна при повышенных температурах должна в конце концов привести к замене цементита графитом.

Кремний, никель, алюминий и другие элементы способствуют графитизации, а марганец, хром, ванадий, магний, церий, сера и другие элементы затрудняют ее.

Фазовые превращения при термической обработке чугунов включают все те основные процессы, которые встречаются в сталях, и дополнительно осложнены процессами, связанными с поведением графитной фазы.

Выдающийся вклад в изучение фазовых превращений в чугунах, в частности графитизации, внесли работы школы К. П. Бунина. В данной главе анализ процессов отжига чугунов базируется главным образом на обобщениях и результатах работ этой школы.

Основные разновидности отжига 2-го рода чугунов
— графитизирующий отжиг и нормализация.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Отжиг для устранения отбела

В тонких сечениях отливок из серого чугуна и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом из-за ускоренного охлаждения кристаллизуется ледебурит, т. е. чугун получается белым. При литье в кокиль вся поверхность может получиться отбеленной. Для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности проводят графитизирующий отжиг, устраняющий отбел отливок. Так как серый и высокопрочный чугуны содержат больше кремния, чем…

Нормализация чугунов

Упрочняющая термическая обработка серого чугуна не получила такого широкого распространения, как термообработка стали. Это объясняется тем, что пластинчатый графит, действуя как внутренние надрезы, сильно снижает прочность и пластичность металлической основы. Поэтому изменение ее строения при термической обработке не дает большого эффекта упрочнения и часто нерентабельно. Эффективнее термообработка серых чугунов с более благоприятной формой графита, в…

Вторая стадия графитизации

Металлическая матрица ковкого чугуна формируется при эвтектоидном распаде аустенита. Для получения чисто ферритной матрицы охлаждение в интервале температур эвтектоидного распада должно быть медленным (смотрите рисунок График отжига белого чугуна на ковкий). Здесь проходит вторая стадия графитизации — аустенит распадается по схеме А → Ф + Г.  Диаграмма изотермических превращений аустенита Диаграмма изотермических превращений аустенита в…

Графитизирующий отжиг

Графитизирующему отжигу подвергают белые, серые и высокопрочные (модифицированные) чугуны. Отжиг белого чугуна на ковкий Белый чугун тверд и очень хрупок из-за большого количества эвтектического цементита в его структуре. Современный способ получения ковкого чугуна графитизирующим отжигом белого был изобретен в начале XIX в. В настоящее время ковкий чугун — это широко применяемый машиностроительный материал, сочетающий простоту…