Графитных включений

В ряде случаев именно благодаря наличию графита чугун имеет преимущества перед сталью: во-первых, наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой, стружка ломается, когда резец дойдет до графитного включения; во-вторых, чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами2 благодаря смазывающему действию графита; в-третьих, наличие графитных выделений быстро гасит вибрации и резонансные колебания; в-четвертых, чугун почти нечувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т. д.

Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их, тем выше прочность чугуна. Чугун с большим количеством прямолинейных крупных графитных выделений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый из-чо.\i и низкие механические свойства. Чугун с мелкими и завихреп-

В табл. 5 приведены данные для чугунов, легированных марганцем или медью. Наибольший интерес представляет чугун с высоким содержанием марганца, модифицированный алюминием (плавка № 184). Высокое содержание углерода и кремния в чугунах вызвано необходимостью получения графитных выделений для работы деталей в узлах трения. При снижении содержания этих элементов можно ожидать улучшения механических совойств чугуна.

Металлографическая лаборатория. Контрольные испытания микро- и макроструктуры обычно производятся путём сравнения с соответствующими эталонами (микрофотографиями). К числу характерных примеров такого контроля относятся определения: а) величины зерна аустенитного и действительного в стали и цветных сплавах, б) неметаллических включений — силикатов, оксидов, сульфидов и пр., в) типа и размеров графитных выделений в сером и ковком чугуне, г) типичных дефектов микроструктуры (полосчатость карбидная, перлитная и ферритная, структурно свободный цементит, видманштетова структура, обезуглероживание, неравномерность и тип зернистого перлита, карбидная сетка и пр.), д) расположения волокон в макроструктуре поковок, е) дефектов макроструктуры (остатки усадочной раковины, пористость, подкорковые пузыри, флокены, дендритная ликвация и пр.).

Длительность металлографических испытаний может сильно колебаться в зависимости от условий производства и сложности исследований. Если, например, легко определить тип и размеры графитных выделений или зернистого перлита, пользуясь стандартной шкалой структур, то значительно более сложным является решение исследовательских и производственных вопросов по микроструктуре. В этом случае шлиф зачастую приходится несколько раз переделывать, травить разными реактивами, пользоваться как самыми малыми, так и наивысшими увеличениями с масляной иммерсией. При исследовании поверхности шлифа может возникнуть необходимость снять с него несколько микрофотографий и, делая заключения, сопоставить результаты металлографического исследования с механическими испытаниями, химанализами, опробованием в производстве и т. д.

Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их, тем выше прочность чугуна. Чугун g большим количеством прямолинейных крупных графитных выделений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый излом и низкие механические свойства. Чугун с мелкими

этому изучение формы и размеров графитных выделений в чугуне имеет большое значение.

Чугун с большим количеством прямолинейных крупных (фиг. 89,а) графитных .выделений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый вид излома и очень низкий предел прочности, особенно при растяжении.

2. Перлито-графит-ный чугун (фиг. 90, б), особенно в случае мелкопла-стинчатости и тонкости строения перлита и мелких графитных выделений, отличается высокими механическими свойствами и износостойкостью и вместе с тем хорошо обрабатывается режущим инструментом. Перлит в чугуне в связи с высоким содержанием кремния и наличием марганца имеет меньше углерода, чем это следует из диаграммы Fe—G (до 0,5 и даже до 0,3% G

Ковким чугуном называется вязкий, хорошо сопротивляющийся разрыву и ударной нагрузке чугун, отличающийся наличием в фер-ритной или перлитной основной структуре хлопьевидных графитных выделений, получаемый путем отжига доэвтектического белого чугуна. В отливках из белого чугуна при отжиге цементит разла-

Кроме того, исследования показали, что наличие водорода в отливках очень тормозит графитизацию при отжиге белого чугуна. Удаление водорода путем предварительного подогрева отливок до температуры около 400° С и выдержки в течение 3,5—4 ч увеличивает число центров графитизации. Это сильно сокращает время последующего отжига и способствует образованию мелких, равномерно распределенных графитных выделений в структуре ковкого чугуна,

Для предупреждения отбеливания необходимо обеспечить такой состав металла шва, для которого в этих условиях будет получаться структура серого чугуна с наиболее благоприятной формой графитных включений. Это может быть достигнуто путем введения в наплавленный металл достаточно большого количества графитизаторов и легирования чугуна элементами, способствующими сфероидпзации карбидов (магнием). Примером таких электродов могут служить электроды марки ЭМЧ, стержень которых представляет собой чугун с повышенным (до 5,2%) содержанием кремния, покрытие двухслойное: первый слой — легирующий, второй — обеспечивает газовую и шлаковую защиту:

Рис. 167. Внешний вид графитных включений в чугуне: о — пластинчатые включения; б — шаровидные

Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть как от свойств металлической основы, так и количества и характера графитных включений.

При растягивающих нагрузках облегчается образование очагов разрушения по концам графитных включений. По механическим свойствам чугун характеризуется низким сопротивлением развитию трещины (тем не менее разрушается чугун вязко, излом чашечный, но ар очень мала), и, следовательно, обнаруживает низкие механические свойства при испытании, где превалируют нормальные растягивающие напряжения (например, при испытании на растяжение).

Такие же свойства чугуна, как сопротивление разрыву, а также изгибу, кручению, в основном обусловливаются количеством, формой и размерами графитных включений; в данном случае свойства чугуна сильно отличаются от свойств стали.

Сказанное относится главным образом к серому чугуну с пластинчатыми включениями графита. По мере скругления графитных включений указанное отрицательное влияние графитных включений уменьшается.

Таким образом, прочность чугуна (в отношении нормальных напряжений) определяется строением металлической основы и формой графитных включений.

В чугуне с шаровидным графитом нет острых надрезов, так как нет пластинчатых графитных включений, и изменение структуры металлической основы в результате термической обработки заметно отражается на его свойствах. Для чугуна с шаровидным графитом принципиально возможны все виды термической обработки, применяемые для стали, и их начинают использовать для улучшения свойств этого чугуна.

Мы заметили, что графитные включения — вредное явление. Однако такое рассмотрение односторонне и не всегда правильно. В некоторых условиях образование графитных включений может быть полезным.

Действительно, поскольку в чугуне имеется огромное количество графитных включений, играющих роль надрезов и пустот, то совершенно очевидно, что дополнительные дефекты на поверхности уже не могут иметь влияния, хотя бы в незначительной степени напоминающего то большое воздействие, которое оказывают эти дефекты поверхности на свойства чистой от неметаллических включений высокопрочной стали.

Если сломать изделие из ферритного ковкого чугуна, то вследствие большого числа графитных включений в ферритной основе получается матовый темный излом1. Из-за такого вида излома ферритный ковкий чугун называется черносердечным.