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 (рис.1, а). Крупные и прямо­линейные графитные включения (рис.1,б), разделяющие метал­лическую основу и резко понижающие предел прочности на растя­жение серого чугуна, являются недопустимыми.

Рис 1. Включения плавтинчатого графита до травления; х200

У высокопрочного магниевого чугуна графитные включения имеют шаровидную форму (рис 2, а), а у ковкого — хлопьевид­ную (рис 2, б).

Рис 2. Графитные включения в микроструктуре чугуна до травления:

а-шаровидные в высокопрочном,х200;

б-хлопьевидные в ковком, х500.

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, б) 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.

Рис. 3. Серый чугун после травления:

а-перлитно-графитная микроструктура, отвечающая высокой твердости и износостойкости, х1000;

б-перлитно-ферритно-графитная микроструктура, отвечающая пониженной твердости и износостойкости, х 200.

Ферритная микроструктура серого чугуна (рис. 4, а) ведет к недопустимо низкой твердости и износостой­кости. Перлито-цементитная металлическая основа чугуна (рис. 4, б) делает чугун твердым и ухудшает его обрабатываемость режущим инструментом, а крупные выделения цементита вызывают отбел и препятствуют его обработке резанием.

Рис 4. Серый чугун

а- ферритно-графитная микроструктура, отвечающая очень низкой твердости и износостойкости, х500;                     б- цементитно-перлитно-графитная микроструктура, отвечающая очень плохой обрабатываемости реущим инструментом, х200.

Подобным же образом действуют и выделения фосфидной эвтектики в чугуне, которые очень тверды: тройная фосфидная эвтектика Fe₃P— Fe₃C— Fе (рис 5., α) и двойная Fe₃P— Fe (рис 5,б).

Рис. 5. Фосфидная эвтектика в сером чугуне, отличающаяся износостойкостью, твердостью и хрупкостью, х1000

Микроструктура низкоуглеродистого модифицированного чугуна.

Этот чугун до модифицирования имеет микроструктуру (рис 6, а), состоящую из перлита и цементита. После модифицирования чугуна смесью 75%-ного ферросилиция и алюминия его микроструктура

 (рис. 6,б) состоит из мелких завихренных равномерно распреде­ленных графитных включений в перлитной металлической основе.

Рис. 6. Низкоуглеродисый чугун, х200

а- микроструктура до модифицирования-цементит и перлит;                                                                                                     б- то же , но после модифицирования ферросилицием - графит и перлит

Микроструктура высокопрочного магниевого чугуна.

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

Рис 7. Высопрочный чугун с шаровидным графитом, х200

а- микроструктура до модифицирования;                                                                                                                                         б- то же , после модифицирования лигатурой магния с ферросилицием-шаровидный графит, феррит и перлит                                            

Микроструктура ковкого чугуна.

Микроструктура белого чугуна, из которого путем отжига получается ковкий чугун, состоит из пер­лита и отдельных выделений ледебурита и структурно свободного цементита (рис. 8, а). Отжиг при 950° с целью проведения первое стадии графитизации (графитизации структурно- свободного цемен­тита и ледебурита)   дает структуру   (рис.   8,б),   состоящую из хлопьевидного графита, окруженного ферритом, и перлита. Вто­рая   стадия графитизации (графитизация цементита, входящего в состав перлита) происходит при 735° и дает структуру (рис. 8, в)„ состоящую из хлопьевидного графита и зерен феррита. Такая струк­тура отличается   хорошей пластичностью, высоким   удлинением; и вязкостью.

Рис. 8. Ковкий чугун, х250.

а- до отжига ( белый доэвтектический чугун),

б- после отжига ( после первой стадии графитизации),

в- после отжига ( после второй стадии графитизации).