Друга стадія графітизації - Відпал чавунів - Відпал другого роду - Теорія термічної обробки
Металева матриця ковкого чавуну формується при евтектоїдному розпаді аустеніту.
Для отримання суто феритної матриці охолодження в інтервалі температур евтектоїдного розпаду має бути повільним (дивіться малюнок Графік відпалу білого чавуну на кування).Тут проходить друга стадія графітизації - аустеніт розпадається за схемою А → Ф+Г.
Діаграма ізотермічних перетворень аустеніту
Діаграма ізотермічних перетворень аустеніту в ковкому чавуні з 2,9%; 0,88% Si, 0,36% Mn і 0,09% S (К. П. Бунін зі співр.).
Послідовність структурних змін на другій стадії графітизації зручно простежити за діаграмою ізотермічних перетворень аустеніту в чавуні.
На малюнку лінія ОД - початок утворення евтектоїдного фериту, BE - початок утворення евтектоїдного цементиту, РІ - закінчення евтектоїдного перетворення і БН - закінчення графітизації перлітного цементиту.
Розглянемо перетворення на аустеніті, переохолодженому до температури t1. Спочатку безінкубаційно утворюється графіт на поверхні наявних включень вуглецю відпалу. Починаючи з моменту, що відповідає точці 1 (лінія ОД), поряд з графітом утворюється і евтектоїдний ферит, тобто йде евтектоїдний розпад за схемою А → Ф + Г. Він закінчується в точці 2 повним зникненням аустеніту.
При евтектоїдному розпаді графіт нашаровується на вуглець відпалу, що утворився в першу і проміжну стадії профітизації, і феритографітний евтектоїд як самостійна структурна складова у вигляді дисперсної суміші фаз, що чергуються, не утворюється.
Евтектоїдний розпад А → Ф+Г може йти нормальним та абнормальним шляхом. При нормальному розпаді аустеніт весь час перебуває в контакті з тими, що утворюються з нього.феритом та графітом. На кордоні з графітом він має концентрацію, яка відповідає точці g, а на кордоні з феритом — точці h (рисунок Ділянка діаграми). Вирівнювання складу в аустеніті призводить до пересичення його вуглецем на межі А/Г, виділення тут графіту та зменшення концентрації вуглецю на межі А/Ф, що викликає γ → α-перебудову - утворення фериту.
Абнормальне евтектоадне перетворення починається в тому випадку, коли ферит повністю оточує графіт і переривається контакт аустеніту з графітом. На кордоні з графітом ферит має склад точки d, а на кордоні з аустеніт - склад точки f. Хоча градієнт концентрацій вуглецю і невеликий, але дифузія елемента застосування в о.ц.к. ґратах фериту йде дуже швидко.
Від кордону Ф/А вуглець переноситься до межі Ф/Г, де ферит пересичується вуглецем і виділяє графіт, відновлюючи концентрацію, що зображується точкою d. У межі Ф/А зниження концентрації вуглецю у ферриті (зсув складу вліво від точки f) робить його ненасиченим по відношенню до аустеніту і відбувається γ - α-перетворення з утворенням фериту складу точки f. Отже, при абнормальному евтектоїдному перетворенні графіт виділяється не з аустеніту, а з фериту.
При температурах вище точки В, тобто при порівняно невеликих переохолодженнях аустеніту (або повільному безперервному охолодженні), повна феритизація матриці відбувається безпосередньо при евтектоїдному розпаді за схемою А → Ф + Г. При великих переохолодженнях (нижче температури точки В) стає можливим утворення перліту (лінія BE). Наприклад, при температурі t2 після безінкубаційного виділення графіту йде в період 3 - 4 евтектоїдний розпад за схемою АФ + Г, а з моменту, що відповідає точці 4, починається перлітне перетворення (А → Ф + Ц).
Домоменту, що відповідає точці 5, обидва евтектоїдні процеси (А → Ф + Г і А → Ф + Ц) призводять до повного зникнення аустеніту, і структура чавуну складається з вуглецю відпалу, фериту і перліту. Чим більший ступінь переохолодження (або більша швидкість охолодження при безперервному зниженні температури), тим більша частка аустеніту розпадається за схемою А → Ф + Ц. Якщо охолодження виливки в інтервалі евтектоїдного перетворення не сповільнити, то вийде чисто перлитний чавун ковкий. Його структура складається з вуглецю відпалу та перлітної матриці.
Перліт приблизно в 2,5 рази міцніший і твердіший за ферит, але менш пластичний. Тому зі збільшенням кількості перліту в структурі ковкого чавуну міцності ростуть, а пластичність знижується. Наприклад, у феритного ковкого чавуну марки КЧ3712 (Тв = 37 кгс/мм 2 і 6 = 112%, а у перлітного чавуну марки КЧ632 ав = 63 кгс/мм 2 і 6 = 2%).
Розвиток другої стадії графітизації можна забезпечити не тільки уповільненням охолодження в еквтектоїдному інтервалі температур, а й ізотермічною витримкою після звичайного, не уповільненого охолодження (дивіться пунктирний майданчик на малюнку Графік відпалу білого чавуну на ковкий). При безперервному охолодженні йде перлітне перетворення аустеніту, а подальша тривала витримка призводить до графітизації перлітного цементиту. Механізм графітизації тут принципово такий самий, як і першої стадії; лише графітизація йде шляхом перенесення вуглецю не через аустеніт, а через ферит від кордону Ф/Ц до кордону Ф/Г.
Вузькою ланкою процесу є евакуація атомів заліза у ферриті від поверхні графіту, що росте. На малюнку при температурі t2 перлітний цементит зникає в момент, що відповідає точці 6. Чим нижча температура ізотермічної витримки, тим більше часу потрібно для досягнення цьогомоменту (нахил кривої БН).
Одночасно з графітизацією перлітного цементиту при ізотермічній витримці відбуваються поділ цементитних пластин (близько виходів на межу Ц/Ф субмеж у цементиті та ферит) і сфероїдизація цементиту. Механізм цих процесів аналогічний аналізованим у різновидах відпалу сталей процесам отримання сферодиту в сталях.
Чавун з матрицею із зернистого перліту відрізняється поєднанням високої міцності та підвищеної пластичності, а також гарною оброблюваністю різанням та високими антифрикційними властивостями. При ав = 60 кгс/мм 2 відносне подовження у такого чавуну досягає 10% і можна замінити литу і ковану сталь. З ковкого чавуну з основою із зернистого перліту виготовляють навіть такі відповідальні вироби, як колінчасті та кулачкові вали.
Відпал білого чавуну на ковкий - тривалий процес, що триває десятки годин.
У виробництві ковкого чавуну відпал — найдорожча операція, що сильно впливає на собівартість лиття. Тому розроблено різні способи прискорення відпалу.
Дуже ефективна попередня витримка при температурах близько 400 ° С протягом приблизно 6 год, що збільшує число графітизації центрів на першій стадії. Можливо, це обумовлено утворенням надмірних вакансій.
Малі добавки модифікаторів (0,02% Al, 0,003%) також прискорюють графітизацію.
Попереднє загартування деталей з білого чавуну в маслі різко прискорює графітизацію завдяки утворенню численних загартованих субмікротріщин, що заповнюються вуглецем відпалу на першій стадії графітизації. Але така обробка може бути застосована тільки до дрібних деталей простої форми.
«Теорія термічної обробки металів», І.І.Новіков
У тонких перерізах виливків із сірого чавунуі високоміцного чавуну з кулястим графітом через прискорене охолодження кристалізується ледебурит, тобто чавун виходить білим. При лиття в кокіль вся поверхня може вийти вибіленою. Для поліпшення оброблюваності різанням та підвищення пластичності проводять графітизуючий відпал, що усуває відбіл виливків. Так як сірий і високоміцний чавуни містять більше кремнію, ніж...
Зміцнювальна термічна обробка сірого чавуну не набула такого широкого поширення, як термообробка сталі. Це тим, що пластинчастий графіт, діючи як внутрішні надрізи, сильно знижує міцність і пластичність металевої основи. Тому зміна її будови при термічній обробці не дає великого ефекту зміцнення та часто нерентабельна. Ефективніша термообробка сірих чавунів з більш сприятливою формою графіту, в тому, що в ньому є...
Графітизуючий відпал піддають білі, сірі і високоміцні (модифіковані) чавуни. Відпал білого чавуну на ковкий Білий чавун твердий і дуже крихкий через велику кількість евтектичного цементиту в його структурі. Сучасний спосіб отримання ковкого чавуну графітизуючим відпалом білого був винайдений на початку XIX ст. В даний час ковкий чавун - це широко застосовуваний машинобудівний матеріал, що поєднує простоту.