Для сокращения времени отжига белого чугуна применяют следующие методы:

модифицирование; предварительную закалку;

предварительную низкотемпературную выдержку.

Модифицирование – это введение в металлические расплавы модифика-торов1. Самым распространённым модификатором - элементом, применяемым для модифицирования чугуна, является аллюминий, добавляемый в небольшом количестве (0.01-0.02%).

Отжиг с предварительной закалкой заключается в том, что белый чугун подвергают закалке с 900-950оС в воде или масле. При закалке, во время мартенситного превращения, образуются многочисленные микротрещины, в которых наиболее легко зарождаются центры графитизации.

Отжиг с предварительной низкотемпературной выдержкой заключается в том, что белый чугун выдерживают в течении 6-ти -- 8-ми часов при температуре 350-400оС. Число центров графитизации увеличивается, и сокращается время отжига. Механизм влияния низкотемпературной выдержки ещё не установлен.

Если ковкому чугуну хотят придать одновременно повышенную прочность и пластичность, применяют сфероидизирующий отжиг, в результате которого получается структура зернистого перлита и графита. Используют белый чугун с повышенным содержанием марганца (около 1%). Марганец незначительно удлиняет первую стадию графитизации,но тормозит распад цементита во второй стадии, что позволяет дать выдержку, достаточную для превращения пластинчатого перлита в зернистый.

Получение чугуна с зернистым перлитом можно представить в виде следующих схем :

1.быстрое охлаждение после первой стадии графитизации до температуры несколько ниже 700-720оС и длительная выдержка при этой температуре;

2.быстрое охлаждение после первой стадии графитизации до температуры 20оС с последующим циклическим режимом - нагрев выше и охлаждение ниже температуры 700-720оС повторяют несколько раз.

Графитизирующий отжиг применяют также для устранения отбела отливок из серого чугуна, возникающего при литье в металлические формы, в связи с чем повышается хрупкость и резко снижается обрабатываемость. При проведении данного отжига отливки нагревают до 850-950оС в течение 2-х—3-х часов (первая стадия графитизации) и охлаждают на воздухе до температуры 20оС или проводят вторую стадию графитизации (от 2-х до 6-ти часов). Быстрый распад цементита объясняется повышенным содержанием в серых чугунах кремния (1.5-3%). В результате отжига устраняется отбел и структура становится перлитной,феррито-перлитной или ферритной.

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних остаточных напряжений отливок серого чугуна. Данный отжиг проводят по следующему режиму: медленный нагрев отливок (30-180оС/ч) до 530-620оС, выдержка при этой температуре 1-4 часа (с момента нагрева до заданной температуры наиболее толстого сечения отливки) и медленное охлаждение вместе с печью со скоростью 10-30оС/ч до 250-400оС 2. В результате такого отжига внутренние остаточные напряжения уменьшаются на 80-85% и увеличивается количество феррита. Отжиг при более высоких температурах может вызвать графитизацию эвтектоидного цементита, снижение твердости и прочности чугуна.

1. Большой энциклопедический словарь; Под редакцией Прохорова А.М.–

М: “Советская энциклопедия”, 1991, с. 823

2 Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: ”Высшая школа”, 1986, с.112.

Нормализациюприменяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун нагревают выше температур интервала превращения (850-950оС) и после выдержки в течение 0.5-3.0 часа, при которой должно произойти насыщение аустенита углеродом, охлаждают на воздухе1.

Растворение графита в Y-фазе является важным процессом при нормализации (а также и при закалке) чугуна с ферритной или феррито-перлитной структурой. Этот процесс подобен цементации стали; разница в том, что при цементации происходит насыщение поверхностного слоя стальной детали углеродом из внешней среды, а при нагреве чугунной отливки «карбюризатором» являются многочисленные включения графита, расположенные в металлической основе, и насыщение углеродом происходит во всём объёме отливки. На растворение углерода в аустените чугунной отливки влияет температура: с повышением температуры нагрева растворимость углерода в Y-фазе резко увеличивается. В результате нормализации чугуна с исходной структурой основной массы феррит или феррит и перлит получается структура перлита или сорбитообразного перлита с повышенной твердостью и прочностью.

Перлитные чугуны не нормализуют, так как повышение степени дисперсности продуктов распада аустенита существенно не влияет на механические свойства.

При закалке чугуна превращения аналогичны превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.

1. Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.

2. При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода.

3. При растворении графита в зонах, удалённых от мест контакта аустенита с графитом, концентрация углерода меньше.

4. Ликвация при нагреве под закалку не устраняется.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 – 60оС выше интервала превращения (обычно до 850 – 930оС) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 – 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 – 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).

После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается

1 Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.

мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 –60. В чугунах

высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 –62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры.

При изотермической закалке чугун нагревают до 830 – 900оС выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250 – 400оС, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Прочность, твёрдость и износостойкость изотермически закаленного чугуна выше по сравнению со свойствами чугуна после улучшения (закалки и отпуска) со структурой сорбита или троостита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления. Изотермической закалке обычно подвергают отливки из высококачественного чугуна (например, с шаровидным графитом) небольшого сечения (толщина стенки 10 – 12 мм), так как необходимо переохладить аустенит до температуры изотермической выдержки.