6.3.4. Влияние примесей на свойства чугуна

Обычный промышленный чугун – не двойной железоуглеродистый сплав – он содержит те же примеси, что и углеродистая сталь (марганец, кремний, сера и фосфор), но в большем количестве, чем сталь. Эти примеси влияют на условия графитизации и, следовательно, на структуру и на свойства чугунов.

Кремний особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 3-5 %. Изменяя содержание кремния, можно получить чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре – от малокремнистого белого до высококремнистого ферритного (например, высокопрочного чугуна с шаровидным графитом).

Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации или, как говорят, способствует отбеливанию чугуна.

Сера также способствует отбеливанию чугуна, но одновременно ухудшает литейные свойства (например, снижает жидкотекучесть), поэтому содержание серы в чугунах лимитируется: для мелкого литья – 0,08 %, а для более крупного до 0,1-0,12 %.

Фосфор практически не влияет на процесс графитизации. Однако фосфор в чугунах – полезная примесь, так как он улучшает жидкотекучесть. Это объясняется образованием относительно легкоплавкой тройной эвтектики (температура плавления - 950⁰С). В момент затвердевания эвтектика состоит из аустенита, обогащенного фосфором, цементита и фосфида железа (Fe₃P).

Кроме постоянных примесей, в чугун часто вводят и другие элементы. Наиболее часто чугун легируют хромом, никелем, титаном, алюминием и медью. Такие чугуны называются легированными. Примеси могут содержаться в рудах, из которых в доменных печах выплавляется чугун, эти чугуны называются природнолегированными.

Контрольные вопросы

1. Какое кристаллическое строение имеет железо?

2. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит, ледебурит?

3. Поясните сущность превращений, протекаемых при температурах 727⁰С, 1147⁰С и 1499⁰С, в железоуглеродистых сплавах.

4. Что представляют собой стали?

5. Какие различают стали по структуре в равновесном состоянии?

6. Что общего между пластинчатым и зернистым перлитом? В чем их отличие?

7. Каково влияние постоянных примесей на свойства стали?

8. Что собой представляют чугуны? Какие виды чугунов вы знаете?

9. Что такое белые чугуны? Какова их классификация?

10. Что объединяет серые, ковкие и высокопрочные чугуны?

11. Каково влияние примесей на свойства чугунов?

Глава 7. Теория термической обработки стали

7.1. Основные виды термической обработки

Цель любого процесса термической обработки состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры и последующим охлаждением вызвать желаемое изменение строения металла, в результате которого изменятся и свойства. Проведение термической обработки (ТО) можно свести к трем этапам: нагрев, выдержки и охлаждения; определяющими являются температура нагрева и скорость охлаждения.

Основные виды ТО – отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.

Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы и сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной; при этом происходит разупрочнение, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.

Закалка - термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура: осуществляют нагрев выше критических температур, выдержку при этих температурах с последующим быстрым охлаждением.

Отпуск и старение – термические обработки, результате которых в предварительно закаленных металлах происходят превращения, приближающие их структуру к равновесной.