Серые чугуны

Структурным признаком серого чугуна является обязательное присутствие графита в структуре свободного углерода - графита; который придает излому серый цвет.

Образование из жидкости аустенита и графита и дальнейший распад аустенита на феррит и графит соответствует минимальному значению свободной энергии, т.е. наиболее стабильному равновесию. При медленном охлаждении, когда кристаллизация проходит в интервале температур 1152-1147⁰ термодинамически более выгодно образование графита. В этом случае кристаллизация происходит по стабильной диаграмме.

При медленном охлаждении выделяющийся графит имеет форму слабо разветвленных розеток с пластиновидными лепестками (ведущая фаза). На нем кристаллизуется аустенит, возникает своеобразный бикристалл - аустенитно-графитная колония. Рост графитовых колоний продолжается до полного исчезновения жидкости.

В зависимости от разреза эвтектической колонии плоскостью шлифа графит иногда выглядит в виде хаотических изолированных пластинок (пластинчатый графит).

В результате первичной кристаллизации серого чугуна вне зависимости от содержания в нем углерода образуется структура А + Г. Окончательная структура чугуна формируется при перекристаллизации и не зависит от % С, а определяется условиями охлаждения.

Кристаллизация при различных условиях охлаждения в интервале температур от 1152 до 20⁰ С.

а) Очень медленное охлаждение до 20⁰ С (охлаждение средних отливок в литейной форме или очень крупных отливок на воздухе). Все превращения идут в соответствии со стабильной диаграммой. Выделяющийся углерод диффундирует к уже имеющимся графитным включениям или образует новые. При эвтектоидном превращении также из аустенита выделяется углерод и конечная структура чугуна Ф + Г - серый чугун на ферритной основе. Свойства низкие.

б) До 750-740⁰ С чугун охлаждается медленно (среднее и мелкое литье в литейной форме); а затем быстро (выбивка из формы и охлаждение на воздухе). В этом случае эвтектоидное превращение происходит по метастабильной диаграмме (As→ П) и образуется структура П+Г -серый чугун на перлитной основе. Прочностные свойства удовлетворительные.

в) При тех условиях (случай б) по различным причинам эвтектоидное превращение идет по стабильной и метастабильной диаграммам. В этом случае образуется структура Ф + П + Г - серый чугун на феррито-перлитной основе (графитные включения окружены ферритной оболочкой). Таким образом формируются различные типы чугунов.

Серый чугун обладает низким комплексом механических свойств: низкие прочностные свойства и практически нулевые пластические (главным образом из-за формы графитных включений). Однако этот чугун дешев, обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, хорошо гасит колебания (высокие демпфирующие свойства).