§ 3

§ 3. МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА

Графит. Графит в чугуне является кристаллической разновидностью углерода, обладающей гексагональной решеткой со слоистым расположением атомов или твердым раствором железа и других элементов на его основе. Под микроскопом графит имеет черный (темный) вид.

Для серого чугуна лучшими являются мелкие, завихренные включения пластинчатого графита (фиг. 30, а). Крупные и прямолинейные графитные включения (фиг. 30,6), разделяющие металлическую основу и резко понижающие предел прочности на растяжение серого чугуна, являются недопустимыми.

У высокопрочного магниевого чугуна графитные включения имеют шаровидную форму (фиг. 31, а), а у ковкого — хлопьевидную (фиг. 31, б).

Приготовление микрошлифов с графитом в структуре требует особой осторожности, чтобы не вырвать и не вымыть порошкообразного графита. Графит удобнее наблюдать на светлой металлической основе до травления.

Металлическая основа серого чугуна. После травления микроструктура серого чугуна может оказаться перлитной (фиг. 32, а), отвечающей высокой твердости, износостойкости и вместе с тем удовлетворительной обрабатываемости резанием.

Наличие феррита в металлической основе (фиг. 32, 6) снижает механические свойства серого чугуна и особенно его твердость и износостойкость. Ферритная микроструктура серого чугуна (фиг. 33, а) ведет к недопустимо низкой твердости и износостойкости.

Перлито-цементитная металлическая основа чугуна (фиг. 33, 6) делает чугун твердым и ухудшает его обрабатываемость режущим инструментом, а крупные выделения цементита вызывают отбел и препятствуют его обработке резанием.

Подобным же образом действуют и выделения фосфидной эвтектики в чугуне, которые очень тверды: тройная фосфидная эвтектика Fe3P — Fe3C—Ре(фиг. 34, а) и двойная Fe3P — Fe (фиг. 34,6).

Микроструктура низкоуглеродистого модифицированного чугуна. Этот чугун до модифицирования имеет микроструктуру (фиг. 35, а), состоящую из перлита и цементита. После модифицирования чугуна смесью 75%-наго ферросилиция и алюминия его микроструктура (фиг. 35, б) состоит из мелких завихренных равномерно распреде-1 ленных графитных включений в перлитной металлической основе.

Микроструктура высокопрочного магниевого чугуна. Чугун до модифицирования имеет микроструктуру серого чугуна с пластинчатым графитом (фиг. 36, а). После добавки лигатуры из магний с 75%-ным ферросилицием его макроструктура состоит из перлита! и феррита, окружающего шаровидный графит (фиг. 36,6).

Эталоны микроструктуры чугуна [9]. Для количественной оценки микроструктуры чугуна ГОСТом 3443-57 предусматривается ряд эталонных шкал как для графитных включений, так и для металлической основы.

Количественная оценка микроструктуры отливок как из серого, так и из высокопрочного чугуна по графиту до травления и по металлической основе после травления производится буквенно - цифровыми баллами путем сравнения с эталонными шкалами.

Для графита предусмотрены шкалы: по форме — характеру распределения графитных включений в структуре (фиг. 37, а); по преимущественной их длине (фиг. 37,6); по диаметру шаровидного графита (фиг. 37, в).

Для металлической основы предусмотрены шкалы: по дисперсности перлита (фиг. 38, а); по соотношению перлита и феррита в сером чугуне (фиг. 38, 6); по соотношению перлита и феррита в высокопрочном чугуне (фиг. 38, в); по соотношению цементита и перлита и по соотношению фосфидной эвтектики и перлита (фиг. 38, г).

Все эти шкалы снабжены соответствующими буквенно-цифровыми обозначениями.

Микроструктура ковкого чугуна. Микроструктура белого чугуна из которого путем отжига получается ковкий чугун, состоит из перлита и отдельных выделений ледебурита и структурно свободного цементита (фиг. 39, а). Отжиг при 950° с целью проведения первой стадии графитизации (графитизации структурно свободного цементита и ледебурита) дает структуру (фиг. 39,6), состоящую из хлопьевидного графита, окруженного ферритом, и перлита. Вторая стадия графитизации (графитизация цементита, входящего в состав перлита) происходит при 735° и дает структуру (фиг. 39, в), состоящую из хлопьевидного графита и зерен феррита. Такая структура отличается хорошей пластичностью, высоким удлинением; и вязкостью.

а) б)

Фиг. 30. Включения пластинчатого графита, до травления; х200: а - мелкие завихренные в сером чугуне с высокими механическими свойствами; б - крупные прямолинейные в сером чугуне с очень низкими механическими свойствами

а) б)

Фиг. 31. Графитные включения в микроструктуре чугуна до травления: а - шаровидные в высокопрочном; б - хлопьевидные в ковком; х500

а) б)

Фиг. 32.Серый чугун после травления: а - перлито-графитная микроструктура, отвечающая высокой твердости и износостойкости; х1000; б - перлито-феррито-графитная микроструктура, отвечающая пониженной твердости и износостойкости; х200.

а) б)

Фиг. 33. Серый чугун: а — феррито-графитная микроструктура, отвечающая очень низкой твердости и износостойкости; х500 (В. М. Королев); б - цементито-перлито-графнтиая микроструктура, отвечающая очень плохой обрабатываемости режущим инструментом; х200.

а) б)

Фиг. 34. Фосфидная эвтектика в сером чугуне, отличающаяся износостойкостью, твердостью и хрупкостью; х1000: а — тройная (Fe3P — Fe3C — Fe); б — двойная (В. М. Королев) (Fe3P — Fe).

Фиг. 35. Низкоуглеродистый чугун; Х200 а — микроструктура до модифицирования — цементит и перлит; б — то же, но после модифицирования ферросилицием — графит и перлит

а) б)

Фиг. 36. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом; х200: а - микроструктура до модифицирования; б - то же, после модифицирования лигатурой магния с ферросилицием - шаровидный графит, феррит и перлит.

а) б) в)

Фиг. 37. Эталоны микроструктуры чугуна (по ГОСТу 3443-57) шкалы для классификации графитных включений; х100: а - форма (характер их распределения в структуре); б - размеры пластинчатого графита (преимущественная длина); в - размеры шаровидного графита.

а) б) в) г)

Фиг. 38. Эталоны микроструктуры чугуна (по ГОСТу 3443-57) - шкалы для классификации структуры металлической основы: а - дисперсность перлита; X 1000; б - соотношение перлита и феррита в сером чугуне; в - соотношение перлита и феррита в высокопрочном чугуне; х100; г - количество цементита или ледебурита; х100, и фосфидной эвтектики; х200.

а) б) в)

Фиг. 39. Ковкий чугун; х250: а - до отжига (белый доэвтектический чугун); б - после отжига (после первой стадии графитизации); в - после отжига (после второй стадии графитизации).