Белый чугун

Белыми называют чугуны, у которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Эти чугуны, фазовые превращения которых протекают согласно диаграмме «железо – цементит» (рис. 7), подразделяют на доэвтектические (от 2,14 до 4,3 % углерода), эвтектические (4,3 % углерода) и заэвтектические (более 4,3 до 6,67 % углерода).

 

Рис. 7. Диаграмма «железо–цементит» (участок чугунов)	Рис. 8. Кривая охлаждения доэвтектического белого чугуна

 

Рассмотрим процесс формирования структуры доэвтектического белого чугуна (рис. 7, линия I) при медленном охлаждении из жидкого состояния с помощью кривой охлаждения (рис. 8). Процесс кристаллизации начинается при температуре точки 1 с выделения из жидкой фазы кристаллов аустенита. При снижении температуры жидкий сплав обогащается углеродом, концентрация его изменяется по линии ликвидус на участке 1 – С. Первичная кристаллизация этого сплава заканчивается эвтектическим превращением при 1147 °С (участок 2 – 2'), когда жидкость концентрации 4,3 % углерода кристаллизуется в две твердые фазы – аустенит (2,14 % углерода) и цементит, образуя эвтектику, называемую ледебурит.

В сплаве II, точно соответствующем концентрации4,3 % углерода, происходит только эвтектическая кристаллизация, протекающая при постоянной температуре. В заэвтектических сплавах (сплав III), содержащих углерода более 4,3 %, эвтектическому превращению предшествует выделениеиз жидкости первичного цементита.

При снижении температуры от 1147 до 727 °C (участок 2' – 3) растворимость углерода в аустените снижается, в связи с чем из аустенита выделяется избыточный вторичный цементит. Содержание углерода в остающемся аустените снижается, достигая 0,8 % при 727 °С, и он при постоянной температуре (3–3') превращается в пластинчатый перлит.

Окончательная структура доэвтектического белого чугуна представляет собой крупные зерна перлита, отороченные каймой вторичного избыточного цементита и окруженные ледебуритом. Следует обратить внимание на то, что при температуре ниже 727 °С ледебурит представляет механическую смесь перлита и цементита.

Микроструктура эвтектического белого чугуна (сплав II) включает только ледебурит: мелкие темные зерна перлита различной формы (круглые или вытянутые), окруженные цементитом. Ледебурит может быть грубого и более тонкого строения в зависимости от размера перлитных зерен.

Микроструктура заэвтектического чугуна (сплав III) содержит крупные кристаллы первичного цементита (видимые на шлифе в виде белых полос), выпавшего в интервале температур между линиями ликвидус и солидус (CD и CF), окруженные ледебуритом. С повышением содержания углерода в заэвтектическом чугуне количество первичного цементита возрастает, а количество ледебурита уменьшается.

Из-за большого количества цементита (эвтектического, первичного и вторичного) белые чугуны очень тверды, хрупки, не обрабатываются резанием и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают шары для шаровых мельниц, прокатные валки, лемехи плугов и другие детали, работающие в условиях повышенного износа.

В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или частьего находится в виде графита.

Графитизацией чугуна называется процесс выделения углерода в свободном состоянии, т.е. в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения, хорошо обрабатывается резанием. Вместе с тем включения графита снижают прочность и пластичность,так как нарушают сплошность металлической основы сплава.

Графит в структуре чугунов может появляться двумя путями: при кристаллизации непосредственноиз жидкой фазы или из твердой (аустенита) при медленном охлаждении, а также в результате распада неустойчивого химического соединения – цементита при определенных условиях (нагреве). На процесс графитизации в основном оказывает влияние химический состав чугуна и скорость охлаждения. В чугунах графит выделяется в форме пластин – пластинчатый графит, хлопьев – хлопьевидный графит, шариков – шаровидный графит.