Чавуни є потрійними сплавами залізо-вуглець-кремній. Розрізняють чотири основні типи чавунів:
- сірий чавун;
- білий чавун;
- ковкий чавун;
- чавун з кулястим графітом.
Хімічний склад цих чотирьох типів чавунів представлений в таблиці нижче.
Таблиця - Чотири основних типи чавунів
Сірий чавун - графіт, білий чавун - цементит
У сірому чавуні формується графитная евтектика - вуглець знаходиться в ньому з основному в формі графіту, тоді як в білому чавуні утворюється цементітная евтектика і вуглець знаходиться в основному у вигляді цементиту Fe3 C.
Вплив кремнію на тип евтектики в чавунах
Додавання кремнію дозволяє графіту утворюватися легше, особливо при формуванні безпосередньо з рідкої фази. Можливо, що більш правильно було б навіть сказати, що добавка кремнію робить більш важким освіту цементиту Fe3 C.
На малюнку 1 показано як кремній знижує температуру евтектики аустенит-цементит і в той же час піднімає температуру евтектики аустенит-графіт.
Малюнок 1 - Зміна евтектичних температур графіту і цементиту Fe3 C
зі збільшенням вмісту кремнію в чавуні від 0 до 2%
Конкуренція між графітом і цементитом
Між двома типами евтектики відбувається свого роду конкуренція зате, яка з них утворюється першої. Ця конкуренція включає три важливих фактора:
1) Обидві типу евтектики до початку формування евтектики вимагають деякого переохолодження нижче їх евтектичних температур, які показані на малюнку 1.
2) Величина переохолодження зростає з ростом швидкості охолодження.
3) Величина переохолодження для освіти евтектики аустенит-цементит менше, ніж та, що потрібно для утворення евтектики аустенит-графіт.
Повільне охолодження - сірий чавун
Припустимо, що междендрітная рідина охолоджується до 1130 ºС і при цьому жодна з евтектики не сформувалася. Потім рідину охолоджується ще на 33 ºС - з 1163 до 1130 ºС. Цього переохолодження досить для утворення графитной евтектики. Для освіти цементитной евтектики цього охолодження не досить, так як температура рідини не опустилася нижче 1120 ° С. Тому в цих умовах цементітная евтектика не може утворитися. Теоретично переохолодження 33 ºС достатньо для утворення графитной евтектики і в результаті цього виходить сірий чавун.
Швидке охолодження - білий чавун
Уявімо, що охолодження того ж залізовуглецевого сплаву з 2% кремнію ведеться швидше, так, що необхідна величина переохолодження для освіти графитной евтектики збільшується з 33 до 53 ºС. Це означає, що графитная евтектика буде утворюватися, поки междендрітная рідина не досягне 1110 ºС. Однак при температурі 1 110 ° С рідина переохолоджується на 10 ºС температури цементитной евтектики 1120 ºС. Оскільки для формування цементитной евтектики досить невеликого переохолодження - менше 10 ºС - цей сплав затвердіє як білий чавун.