3. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО — ГРАФИТ (СТАБИЛЬНОЕ РАВНОВЕСИЕ)

Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита.

Процесс образования в чугуне (стали) графита называют графитизацией.

Диаграмма состояния стабильного равновесия показана на рис. 87 (штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные — выделению цементита).

В стабильной системе при температурах, соответствующих линии кристаллизуется первичный графит. При температуре 1153 °С (линия ) образуется графитная эвтектика: аустенит + графит.

По линии выделяется вторичный графит, а при температуре 738 °С (линия PSК) образуется эвтектоид, состоящий из феррита и графита.

Вероятность образования в жидкой фазе (или аустените) метастабильного цементита, содержащего , значительно больше, чем графита, состоящего только из атомов углерода. Графит образуется при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика.

Ускоренное охлаждение частично или полностью прекращает кристаллизацию графита и способствует образованию цементита. При охлаждении жидкого чугуна ниже 1147 °С образуется цементит.

В жидком чугуне присутствуют различные включения (графит, . Эти частицы облегчают образование и рост графитных зародышей. При наличии готовых зародышей процесс образования графита может протекать и при температурах, лежащих ниже Этому же способствует легирование чугуна который вызывает процесс графитизации.

Рис. 88. (см. скан) Структура графита: а — кристаллическая решетка графита; б — включения графита, выделенные из чугуна; в — микроструктура чугуна, показывающая выделение графита (шлиф нетравлен),

Графит, образующийся из жидкой фазы, растет из одного центра и, разветвляясь в разные стороны, приобретает форму сильно искривленных лепестков (рис. 88, б). В плоскости шлифа графит имеет вид прямолинейных или завихренных пластинок, которые представляют собой сечения графитных лепестков (рис. 88, в). Если в процессе кристаллизации образуется цементит (первичный или эвтектический), то при определенных условиях возможен его распад с образованием аустенита и графита.

При последующем медленном охлаждении возможно выделение графита из аустенита и образование эвтектоидного графита в интервале температур

Основная масса графита в серых чугунах образуется в период кристаллизации из жидкой фазы. Графит, возникающий при распаде аустенита, не образует самостоятельных выделений, а наслаивается на имеющиеся графитные включения, увеличивая их размеры. Если аустенит переохлажден до температуры ниже то распад происходит с выделением ферритно-цементитной структуры. Если чугун, в котором углерод находится в виде цементита, подвергнут длительному нагреву при высоких температурах, в нем также протекает процесс графитизации, т. е. распад цементита на графит и феррит при температурах ниже или на графит и аустенит при более высокой температуре.