Влияние кремния на структуру и свойства чугунов

 

При содержании 5,6 % Si чугун практически имеет однофазную ферритную матрицу и поэтому отличается высокой ростоустойчивостью. Окалиностойкость кремнистого чугуна связана с образованием в поверхностном слое наряду с оксидами железа и оксидов кремния SiO2. Эта пленка имеет плотную структуру при незначительной толщине.

По своему воздействию на окалиностойкость и ростоустойчивость чугуна кремний непостоянен. Присутствие в белых чугунах даже незначительного ко­личества кремния резко понижает их ростоустойчивость и окалиностойкость. Не в меньшей степени вредное дей­ствие повышенных концентраций кремния отмечается и в обычных серых чугунах. Однако при достаточно вы­соком содержании кремния (> 5,0 %) стойкость чугуна против окисления и роста резко повышается.

Первым благоприятным результатом действия высо­ких концентраций кремния на окалиностойкость и ростоустойчивость чугуна является получение стабильной структуры графит + феррит легированный кремнием. Благодаря этому при дальнейшем нагреве исключаются процессы графитизации и связанные с ними рост и окисление.

По мере увеличения содержания кремния повышают­ся критические точки чугуна. Так, при 6 % Si точка Ас1, лежит около 950 °С, а при 7% Si повы­шается до 1000 °С. Протекание аллотропических пре­вращений и связанное с этим возникновение внутренних напряжений приводят при высокой температуре, т. е. в об­ласти повышенной пластичности, и поэтому не могут вызвать разрушения чугуна.

Наконец, кремний, входя в твердый раствор, повыша­ет температуру образования вюститной фазы, т. е. уве­личивается стойкость металлической основы против окисления.

При наличии шаровидной формы графита фактичес­кую стойкость кремнистого чугуна определяет окалино­стойкость его металлической основы. Увеличение содер­жания кремния как в обычных, так и в высокопрочных чугунах с шаровидным графитом приводит к повыше­нию их ростоустойчивости.

Улучшение ростоустойчивости чугунов с повышением концентрации кремния следует отнести главным образом за счет увеличения стойкости металлической основы против окисления.

Ростоустойчивость нелегированного высоко­прочного чугуна с шаровидным графитом мало отлича­ется от ростоустойчивости высококремнистого чугуна с пластинчатым графитом при содержании более 10 % Si. При таких концентрациях кремния в обычных чугунах высокая стойкость металлической основы против окис­ления в какой-то степени парализуется грубыми включе­ниями графита и наличием раковин.

По этой же причине шаровидная форма графита (вместо пластинчатой) обеспечивает относительно высокую ростоустойчивость даже для высокопрочного чугуна исходного состава.

Присадка в чугун с шаровидным графитом относи­тельно небольших количеств кремния (4,0 - 5,0 %) замет­но уменьшает рост и окисление чугуна в силу ограниче­ния процесса графитизации и повышения стойкости против окисления основной металлической массы. В самом деле, ростоустойчивость высокопрочного чугуна с 4 – 5 % кремния почти в пять раз, а окалиностойкость в 8 раз выше, чем у такого же чугуна, но с пластинчатым графитом. Следует заметить также, что наиболее резкое повышение окалиностойкости и ростоустойчивости чугу­нов с шаровидным графитом происходит при изменения содержания кремния в пределах от 5,5 до 6,5 %. При дальнейшем увеличении концентрации кремния в чугуне отмечается лишь общая тенденция к повышению указан­ных характеристик.

Лучшие результаты испытания на окалиностойкость и ростоустойчивость были получены в чугунах, содержа­щих > 12 % кремния, т. е. в высокопрочных ферросилидах с шаровидным графитом.

Легирование кремнистого чугуна никелем (до 2 %) или хромом (0,5 – 4 %) повышает его жаростойкость.

Легирование молибденом в количестве 1 - 3 % увеличивает прочность при повышенных температурах, а также сопротивление ползучести кремнистого чугуна с шаровидным графитом.