|
Методы изучения, оценки и
классификации структуры чугунов регламентированы ГОСТ 3443—77. Согласно этому
стандарту, металлическая матрица оценивается по соотношению феррита и перлита
( 63) и степени дисперсности последнего ( 64).
Графит классифицируют по количеству и размерам включений,
их форме и распределению ( 65). Не все включения графита, видимые на
плоскости шлифа, являются изолированными. Методами последовательного
шлифования и декантации показано, что графитовое включение имеет сложную
объемную форму, а разобщенные пластинки неравномерного, розеточного и
междендритного распределения ( 64, а—в, д) — это сечения лепестков
графитового кристаллита. Включения компактной формы — шаровидные и
хлопьевидные ( 64, а, е) — являются изолированными.
Графит оказывает сильное влияние на основные свойства
чугуна, в первую очередь на прочность и пластичность, характеризующие чугун
как конструкционный материал. Это влияние складывается из ослабления
поперечного сечения металлической основы в направлении, перпендикулярном
приложению внешней растягивающей силы, и суживающего действия, связанного с
изменением длины и плотности силовых линий, следующих разветвлениям
металлических мостков, обусловленных хаотическим распределением включений графита.
Графитовые включения оказывают также надрезывающее влияние
на металлическую основу. Пониманию этого явления помогает схема, показанная
на 66. Увеличение плотности силовых линий соответствует повышению напряжений.
По краям графитовых включений происходит наибольшее сближение силовых линий.
Чем острее край включения, тем больше это сближение у острия и тем больше
локальное повышение напряжений. При их определенной величине в надрезанной
металлической основе последняя разрушается. Отрицательное влияние графита
сказывается тем в меньшей степени, чем меньше количество и размеры его
включений и чем более их форма приближается к шаровидной.
В общем случае графит уменьшает временное сопротивление и
предел текучести, пластичность (относительное удлинение, ударную вязкость) и
модуль упругости.
В то же время, в отличие от стали, чугун менее
чувствителен к надрезам. Благодаря этому раковины, поры, неметаллические
включения, риски после механической обработки и т. п. в малой степени снижают
конструктивную прочность отливки. Подобные же надрезы в стальной отливке
резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и усталостную прочность.
Эта особенность чугуна объясняется наличием большого количества надрезов,
образуемых графитовыми включениями, и высокой циклической вязкостью чугуна.
Циклическая вязкость характеризуется энергией, которая рассеивается
(переводится в теплоту) при переменных нагрузках в области упругих
деформаций. Благодаря этим преимуществам чугун в ряде случаев оказывается
более надежным конструкционным материалом, чем сталь.
Наиболее прочной структурной составляющей чугуна является
перлит (временное сопротивление ов = 700 МПа) по сравнению с ферритом (ав =
400 МПа при 2 % кремния) и цементитом (ств = = 20 МПа). Ферритизация матрицы
и появление структурно свободного цементита снижают прочностные свойства
сплава.
Таким образом, для повышения прочности чугуна его
кристаллизация должна обеспечить:
уменьшение количества феррита, исключение выделения
структурно свободного цементита, получение перлита с наибольшей степенью
дисперсности;
уменьшение количества графита и размеров его включений;
приближение формы графита к шаровидной, при которой ослабляется его
надрезывающее влияние.
|