Структурные составляющие чугунов и параметры их контроля

Основными структурными составляющими чугунов являются металлическая матрица и графитные включения. В металлической матрице дополнительно выделяют феррит, перлит, троостит, бейнит или мартенсит, а также фосфидную эвтектику, эвтектическое зерно и цементит ледебурита. В табл. 3.1 и 3.2 приведен перечень структурных составляющих и параметров их контроля в соответствии с ГОСТ 3443-87.

Таблица 3.1.1. Контролируемые параметры графита

Таблица 3.1.2. Контролируемые параметры металлической матрицы

Оценка металлической матрицы.

При оценке металлической матрицы, прежде всего, различают её тип, затем оценивают более тонкие ее составляющие: дисперсность перлита, фосфидную эвтектику, цементитные включения и эвтектическое зерно.

Тип металлической матрицы определяется образующей её структурной составляющей. Раличают 6 основных типовы металлической матрицы (Рис. 3.1.2): феррит (Ф), перлит пластинчатый (Пт1), перлит зернистый (Пт2), троостит (Т), бейнит (Б) и мартенсит (М).

Рис. 3.1.2. Основные типы металлической матрицы чугунов ( х 500)

Первые два типа (Феррит и Перлит пластинчатый Пт1) формируются в литом состоянии, а остальные – в результате термической обработки. При этом представленные типы металлической матрицы формируются как в чистом, но чаще в смешанном виде. Для оценки феррито-перлитной металлической матрицы разработана подробная классификация, включающая 9 градаций, в зависимости от относительного количества феррита и перлита, котороеопределяютпо средней площади (в %), занятой этими фазами на микрошлифе (Табл. 3.1.3).

Таблица 3.1.3. Оценка количества перлита и феррита в чугуне

Примеры вариантов металлической матрицы П96, П45 и П6 с различным сочетанием перлита и феррита приведены на рис. 3.1.3.

Рис. 3.1.3. Металлическая матрица чугуна с различным содержанием перлита

Оценку дисперсности пластинчатого перлита производят по 5 градациям (Рис. 3.1.4 и Табл. 3.1.4).

Рис. 3.1.4. Эталоны дисперсности перлита в структуре чугуна (х500)

Таблица 3.1.4. Оценка дисперсности перлита

Дисперсность пластинчатого перлита характеризуется средним расстоянием между пластинами цементита в зернах перлита наибольшей дисперсности, где пластины цементита расположены перпендикулярно к плоскости шлифа.

Оценку включений цементита производят по количеству (%) и по величине (площади, мкм²) трех наибольших включений (Табл. 3.1.5).

Таблица 3.1.5. Оценка цементита

Оценку фосфидной эвтектики производят по строению, характеру распределения, диаметру ячеек сетки и средней площадью трех наибольших включенний.

По строению различают 5 видов (Рис.3.1.5):

- ФЭ1 – псевдодвойная (феррит и фосфид);

- ФЭ2 - псевдодвойная (феррит и цементит);

- ФЭ3 – тройная мелкозернистая;

- ФЭ4 – тройная игольчатая;

- ФЭ5 – тройная с пластинами цементита.

Рис. 3.1.5. Строение включений фосфидной эвтектики (х500)

По характеру распределения фосфидной эвтектики различают равномерное её распределение, в виде разорванной и сплошной сетки.

По диаметру ячеек сетки различают 5 градаций фосфидной эвтектики (Табл. 3.1.6). При этом диаметр ячейки сетки определяют как среднее значение трех наибольших результатов измерений.

Таблица 3.1.7. Классификация фосфидной эвтектики по размеру эвтектических зерен

По площади оценивают размер включений фосфидной эвтектики. Для этого её определяют как среднее значение площадей, занимаемых тремя наибольшими включениями фосфидной эвтектики. Для этого предусмотрено 5 градаций (Табл. 3.1.8).

Таблица 3.1.8. Классификация размеров включений фосфидной эвтектики по площади

Оценку эвтектического зерна осуществляют по его размеру, который выявляют по сетке фосфидной эвтектики или цементита (ледебурита). Для этого используют эталонную шкалу или производят непосредственные измерения.

Оценка графита

-','"■-

Графит классифицируют по форме, распределению, количеству и размерам включений.

Оценку формы графита осуществляют в соответствии с ГОСТ 3443-87 по 13 шкальному эталону (Рис. 3.1.6). Форма графита Гф1 (пластинчатая прямолинейная) и Гф2 (пластинчатая завихренная) характерна для чугуна СЧ доэвтектического и эвтектического составов, а Гф3 (пластинчатая игольчатая) и Гф4 (гнездообразная) – для чугуна заэвтектического составов. Вермикулярные формы графита Гф5 (извилистая) и Гф6 (утолщенная), а также различные варианты шаровидного графита Гф10 – Гф13 характеры для высокопрочных чугунов ВЧ. Графит компактной формы Гф7 - Гф9 имеют ковкие чугуны КЧ.

Рис. 3.1.6. Классификация графита по форме (х 100). (ЗАМЕНИТЬ)

Не все включения графита, видимые на плоскости шлифа, являются изолированными. Мето­дами последовательного шлифования и декантации показано, что графитовые включения имеет сложную объемную форму. Разоб­щенные включения пластинчатого графита фактически фактически представляют собой сечения лепестков графитового кристаллита, имеющего вид «одесского салата». Включения компактной формы (ша­ровидные и хлопьевидные) являются изолирован­ными графитными кристаллитами, имеющими вид зрелой и недозрелой белокочанной капусты.

Оценку размеров включений графита производят по его длине l или диаметру D и классифицируют по эталону (Рис.3.1.7) или по табл. 3.1.9.

Рис. 3.5. Примеры эталонов для оценки графита по размерам

Таблица 3.1.9. Классификация графитных включений по размерам

Оценку характера распределения графита производят по эталону (Рис. 3.1.10), где различные варианты распределения классифицированы на 9 типов. Распределение типов Гр1 и Гр2 характерны для чугуна в средних и крупных отливках с толщиной стенок 30-100 мм. В более толстых отливках образуется графит типа Гр5. Графит типа Гр6, Гр3 и Гр4 формируется в немодифицированных или недостаточно модифицированных чугунах.При неравномерном распределении модификатора в чугуне образуются графитные включения типа Гр7, а при быстом охлаждении отливки –выделения графита становятся междентритными Гр8 и Гр9.

Рис. 3.1.10. Классификация графита по распределению

Оценку графита по количеству производят метллографическим методом по занимаемой им площади на шлифе (%) или классифицируют по эталону по 5 градациям (Табл. 3.1.10 и Рис. 3.1.11).

Таблица 3.1.10. Классификация графита по количеству

Рис. 3.1.11. Классификация графита по количеству

а) чугун с пластинчатым графитом; б) графит с шаровидным графитом

3.2. Формирование структуры и свойств чугуна