Технология литейного производства.

Н.Д.Титов, Ю.А.Степанов.

Машиностроение, 1974 г.

 Марганец снижает температурупревращенияу ->а, расширяет область у-раствора и способствует стабилизации и повышению дисперсности перлита. Благодаря этому содержание до 1,5% марганца положительно влияет на механические свойства серого чугуна. Карбидообразующее действие марганца заметно влияет при ; относительно высоком его содержании (1,5—2%).

Сера соединяется с железом, образуя легкоплавкую эвтектикуFe-х- FeSс температуройплавления 985° С. В жидком чугуне сера может растворяться в неограниченном количестве, а в твердом  незначительно.

Сера, присутствующая в виде сульфидов, богатых железом! или в виде эвтектики, сильно тормозитграфитизацию в низкомарганцовистых чугунах, снижает их механические свойства из-за образования на границах зерен хрупкой эвтектики. Нейтрализация этого влияния серы и максимальная степеньграфитизации для данного

чугуна обычно достигаются при отношении Mn/S = 4/5. При этом сера в основном находится в виде сульфидов марганца, не влияющих на графитизацию.

Сульфидные соединения увеличивают вязкость чугуна, ухудшают  жидкотекучесть и механические свойства. При содержании 0,12— I0,14% серы резко понижается жидкотекучесть и увеличивается количество цементита и перлита в структуречугуна — появляется отбел в тонких сечениях отливок. Отбел получается вследствие того, что сульфиды железа, имея низкую температуру плавления,  кристаллизуются по границам зерен и препятствуют растворимости  углерода, кремния в железе и распаду цементита.

Фосфор уменьшает растворимостьуглерода в чугуне и температуру эвтектического превращения. Фосфор при содержании до 0,3% полностью растворяется в чугуне, а свыше 0,3% образует фосфиднуюэвтектику в виде отдельных включенийFe₃P—Fe₃C—Fe, плавящуюся при 950° С. При содержании свыше 0,6—0,7% фосфора фосфиднаяэвтектика выделяется в виде сплошной сетки, расположенной по границам кристаллов. Поэтому в чугуне для ответственных отливок должно быть не более 0,15—0,20% фосфора, а для отливок, работающих на истирание без удара, когда требуются хорошие антифрикционные свойства, — до 0,6—0,7% фосфора. Фосфор" повышает жидкотекучесть, поэтому содержание фосфорав чугуне для художественного литья увеличивают до 1% и выше. На графитизациюФосфор влияет незначительно.

Хром в чугуне при эвтектическом превращении является карбидообразующим элементом, а при эвтектоидном повышает устойчивость аустенита. Хром увеличивает прочностьчугуна при повышенных температурах и многократных нагревах, поэтому его вводят _всостав жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна. При содержании свыше 0,8% хромапрочность чугуна-понижается из-за образования свободных карбидов хрома. Самостоятельно в качестве легирующего элемента Хром применяют редко, его чаще всего применяют вместе с никелем, молибденом, медью и др.

Никель в сплавахжелезо — углерод понижает критические точкиA-iи А₃, сдвигает влево и вниз критические точкиЕ и S, немного повышает температуру эвтектического превращения, увеличивает устойчивость аустенита, растворимостьуглерода в жидком и твердом растворах, а также содержание углерода в эвтектике и в эвтектоиде, являегся графитизирующим элементом. Никель действует на эвтектическое превращение аналогично кремнию, в то же время задерживает распадэвтектоидных карбидов, тем самым стабилизирует перлит и способствует повышению его дисперсности.

При содержании более 2% никеляструктурачугуна становится сначала полностью перлитной, затем сорбитной; при содержании 4,5—5% никеля образуется мартенсит, а при 20% никелячугун имеет мартенситную структуру. Никель повышает коррозионную стойкостьчугунных отливок в морской воде и щелочах.

Медь при содержании до 3—4% легко растворяется в жидком чугуне, способствует графитизации и уменьшает твердость чугуна, в сером чугуне — стабилизации перлита и увеличивает твердость, понижает температуру эвтектического превращения, способствует получению структуры, близкой к однородной в тонких и толстых сечениях отливки. Пониженное содержание меди в высокоуглеродистом чугуне повышает прочность и твердость. Оптимальное содержание меди в легированном сером чугуне 3—4%.

Медь во время затвердевания чугуна способствует графитизации, но в процессе эвтектоидного превращения она препятствует распаду перлита. Медь увеличивает сопротивлениечугунакоррозии в атмосферных условиях, в растворах солей, кислот, нефти. При содержании меди более 2% заметно превращение шаровидного графита в пластинчатый, а при содержании 3% меди получить шаровидный графит не удается.

Титан понижает температуру эвтектического превращения и способствует переохлаждению чугуна, при содержании до 0,5% в доэвтектическом чугуне способствует графитизации и выделениюграфита в виде мелких пластин. Обычно в чугун вводят 0,05—0,1% титана и только в чугун для поршневых колец — до 0,2%. Титан является хорошим раскислителем, способствует равномерному распределению в чугуне графита. Максимальное выделениеграфита наблюдается при 0,1% титана. Титан нейтрализует действие хрома в чугуне, являясь модификатором, вследствие чего отпадает необходимость в повышении содержания кремния. Титан способствует повышению механических свойств, особенно прочности высокоуглеродистых чугунов.

Титан не растворяется в цементите, с углеродом и азотом образует карбонитриды, являющиеся самостоятельной фазой. Титан, связывая азот в виде нитрида, облегчает разложение эвтектического и эвтектоидного цементита, т. е. способствует графитизации чугуна.

При содержании свыше 0,18—0,20% Титан с углеродом образуют карбиды и препятствуют графитизации. Титан используется как модификатор при производстве ковкогочугуна и является нежелательной примесью для отливок из высокопрочного чугуна, так как препятствует образованию шаровидного графита.

Молибден снижает температуру начала и конца кристаллизации аустенита, в чугуне образует твердые растворы с цементитом и растворяется в нем до 1,3%. При обычных скоростяхохлаждения для отливок из серого чугунамолибден ускоряет графитизацию. При содержании молибдена в сером доэвтектическом чугуне до 1 % количество цементита не увеличивается, при содержании молибдена до 3% тормозится графитизация, при более высоком содержании молибденачугун затвердевает белым. молибден увеличивает прочность и твердость доэвтектических чугунов, также повышает кратковременную прочностьчугуна при высоких температурах, теплостойкость, ростоустойчивость, сопротивлениеизносу и ударную вязкость. молибден улучшает жаропрочностьчугуна и в этом отношении превосходит все другие элементы.