Ковкий чугун

Причиной низких механических свойств серых чугунов является наличие в них пластин графита с острыми кромками, на которых концентрируются внутренние напряжения. Поэтому для повышения механических свойств таких чугунов необходимо прежде всего изменить форму графитовых включений. Одним из методов изменения формы графитовых включений является перевод их в хлопьевидную форму. Чугуны с хлопьевидным графитом получили название ковких чугунов. Их получают путем длительного отжига доэвтектического белого чугуна, содержащего 2-2,5 % углерода.

При комнатной температуре структура доэвтектического белого чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита на перлитной основе, представляющего собой механическую смесь перлита и цементита. В процессе нагревания такого чугуна при температуре 727 °С перлит превращается в аустенит, а вторичный цементит остается без изменений. Таким образом, после этого фазового превращения при температурах свыше 727 °С в структуре чугуна будут находиться аустенит, вторичный цементит и ледебурит на аустенитной основе. Ледебурит на аустенитной основе представляет собой механическую смесь аустенита и цементита. Поэтому при температурах выше 727 °С в чугуне будут находиться две фазы - аустенит и цементит.Указанные фазы могут сохраняться до температуры 1147 °С (граница эвтектической реакции). Однако нагрев проводят до температур 1000-1050 °С. Цементит является метастабильной (неустойчивой) фазой, и при высоких температурах и длительной выдержке он разлагается с образованием графита и твердого раствора углерода в той модификации железа, которая соответствует температуре распада цементита. При температурах 1000-1050 °С железо имеет модификацию γ, т. е. образуется твердый раствор углерода в γ-железе, называемый аустенитом. Таким образом, после распада цементита в структуре чугуна будут находиться аустенит и графит.

Если сейчас начать непрерывное охлаждение до комнатных температур, то при переходе границы эвтектоидного превращения (727 °С) аустенит превратится в перлит, а графит останется без изменений. В итоге мы получим первый вид ковкого чугуна - чугун на перлитной основе, или светлосердечный ковких чугун. Однако в таком чугуне не весь углерод переходит в состояние графита, т.к. в перлите находится еще какая-то часть цементита. Но и от этого цементита можно избавиться.

Для этой цели при температуре примерно 700 °С (это чуть ниже границы эвтектоидной реакции) устраивают еще одну длительную выдержку. В процессе этой выдержки цементит, входящий в состав перлита, начнет разлагаться с образованием графита и твердого раствора углерода в α-железе (феррита). Если теперь после полного распада цементита провести окончательное охлаждение до комнатных температур, то мы получим второй вид ковкого чугуна - чугуна на ферритной основе, или черносердечного ковкого чугуна.