Диаграмма состояния железо-графит

Углерод может не только химически взаимодействовать с железом, но так е выделяться в свободном виде, в виде графита.

Диаграмма состояния железо-графит обычно показывается пунктирными линиями на диаграмме состояния железо цементит.

Линия диаграммы железо-графит располагаются несколько выше и левее чем на диаграмме железо углерод. Температура эвтектического превращения 1153⁰, температура эвтектоидног превращения 738⁰, точка Е соответственно (2,11%), точка S= 0,7%.

При высоких температурах и очень длительных выдержках цементит разлагается с образованием железа и графита, следовательно диаграмма состояния железо-графит является стабильной, а железо углерод с образованием цементита метастабильный.

Процесс образования графита из цементита называется графитизацией. Возможно 2 пути образования графита в чугунах при благоприятных условиях (наличие в расплаве готовых зародышей графита и очень медленное охлаждение), происходит непосредственная кристаллизация графита из жидкой фазы.

При разложении ранее образовавшегося цементита, при температуре больше 738⁰ при разложении цементита образуется аустенит и графит. При температуре ниже 738 при разложении цементита образуется феррит и графит.

Структура чугунов зависит от степени графитизации, т.е. от того сколько углерода находится в виде графита, а сколько в связанном состоянии в виде цементита.

Если процесс графитизации завершается полностью при температуре выше 738⁰, то структура чугуна состоит из перлита и графита, а если процесс завершен не полностью, то после охлаждения структура чугуна перлит-графит-цементит.

При переходе через температуру 738 начинается распад вторичного цементита входящего в состав перлита, этот процесс называется вторичной графитизацией, если процесс совершен полностью, то структура состоит из феррита и графита, если не полностью, то из перлита, феррита и графита.

Чугун отличается от стали по составу: более высоким содержанием углерода и примесей, по технологическим свойствам: более высокие литейные свойства, незначительная деформируемость и практически отсутствие свариваемости.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают группы:

- белый чугун – весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Излом такого чугуна имеет белый цвет и металлический блеск.

- серый чугун – весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде графита из-за чего излом имеет серый цвет.

- половинчатый чугун – часть углерода находится в свободном виде графита, но на менее 2% находится в виде цементита.

Графитовые включения в чугуне играют роль пустот соответствующей формы, около таких дефектов наблюдается концентрация напряжений, что придает материалу хрупкость.

Наиболее опасна графитовая форма включений, наименее опасна шаровидная форма. Однако наличие графита придает материалу некоторые положительные свойства:

1) графит улучшает обрабатываемость

2) благодаря графиту, чугун имеет антифрикционные свойства выше чем сталь, т.к. графит обеспечивает дополнительную смазку поверхности

3) благодаря наличию графита чугуны хорошо гасят вибрацию и обладают лучшей циклической вязкостью чем сталь

4) чугуны менее чувствительным к внешним концентраторам апряжений

5) чугун значительно дешевле стали и изготовление деталей литьем из чугуна значительно проще изготовления деталей деформацией или мех. обработкой.