Исседование микроструктуры чугунов

Ниже  приведены примеры условного  обозначения некоторых специальных  чугунов:

АЧС - антифрикционный  серый чугун по ГОСТ 1585-70;

ЖЧХ - жаростойкий  и коррозионностойкий хромовый чугун  по ГОСТ 7769-75;

ЖЧС5 - жаростойкий  кремнистый чугун по ГОСТ 7769-75;

ЧН2Х - износостойкий  и коррозионностойкий никелевый  чугун по ГОСТ 11849-76.

 

2.5. Классификация чугунов по микроструктуре

металлической основы

 

Прочностные показатели и твердость чугунов  в значительной мере определяются строением  металлической основы. В связи  с этим, для оценки уровня механических свойств чугунов, их принято классифицировать по микроструктуре металлической основы.

Серые чугуны в зависимости от количества связанного углерода в металлической основе могут иметь микроструктуру, состоящую из феррита и графита (рис.4); феррита, перлита и графита (рис.5); перлита и графита (рис.6); перлита, фосфидной эвтектики и графита (рис.7).

Ковкие  чугуны по микроструктуре металлической основы могут быть ферритными (рис.8а); ферритно-перлитными; перлитными (рис. 8б).

Высокопрочные чугуны, как и серые, могут иметь микроструктуру металлической основы, состоящую из феррита, феррита и перлита (рис.9) или только перлита.

Белые чугуны в соответствии с диаграммой "железо-цементит" (рис.1) классифицируются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. После вторичной кристаллизации в твердом состоянии белые чугуны имеют следующую структуру: доэвтектические - ледебурит, недифференцирующийся цементит вторичный и перлит (рис.10); эвтектические - ледебурит (рис.11); заэвтектические - ледебурит и избыточный цементит (рис.12).

Половинчатый  чугун состоит из перлита, графита  и ледебурита (или цементита вторичного) - рис.13.

 

2.6. Сравнительная оценка механических  свойств сталей

и чугунов (для толщины стенки отливки  около 15 мм)

 

 

Материал	Свойства
	Твердость по Бринеллю, НВ	Временное сопротивление при растяжении σВ (кгс/мм2)	Условный  предел текучести, σ0,2 (кгс/мм2)	Относительное удлинение δ, %	Ударная вязкость KCu ×10-1 (кг /см2)
Сталь литая низкоуглеродистая	121…143	39…46	20…30	19…25	6,0…12,0
Сталь углеродистая конструкционная  горячекатаная	131…269	32…67	18…39	8,0…27,0	4,0…8,0
Серый чугун	163…241	10…35	-	0,2…0,8	0,2…1,0
Ковкий чугун	100…320	30…80	22…50	1,5…12,0	0,5…3,0
Высокопрочный чугун	140…360	35…100	30…42	2,0…22,0	1,5…3,0

 

 

 

 

 

 

 

Феррит   Графит		Рис.4. Серый ферритный чугун
Феррит Перлит Графит
		Рис.5. Серый феррито-перлитный чугун
Перлит Графит		Рис.6. Серый перлитный чугун

 

 

 

 

Фосфидная эвтектика    Графит   Перлит		Рис.7. Серый перлтный чугун
		Рис.8. Ковкий ферритный (А) и перлитный (Б) чугуны
Феррит Перлит Графит
Феррит Перлит Графит		Рис.9. Высокопрочный феррито-перлитный чугун

 

 

 

Ледебурит   Перлит		Рис.10. Белый доэвтектический чугун
		Рис.11. Белый эвтектический чугун
Ледебурит
Ледебурит   Цементит (первичный)		Рис.12. Белый заэвтектический чугун
Перлит Графит Ледебурит		Рис.13. Микроструктура половинчатого  чугуна

 

 

 

 

Задания к лабораторной работе

Вычертить диаграмму Fe–Fe3C, описать превращения при охлажде-

нии и построить кривую охлаждения в интервале температур от 1 600 до 0 °С

для сплава, содержащего 3,2 % С:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы и задания

1. Чем отличается структура  и свойства серых и ковких  чугунов?

Серые чугуны в изломе имеют серебристый цвет из-за наличия в них пластинчатых включений графита. Они широко используются в литейном производстве и выпускаются в соответствии с ГОСТ 1412-85. Прочность серого чугуна с пластинчатым графитом при растяжении находится в пределах 120.. .440 МПа, твердость 140...290 НВ. Структура серых чугунов в зависимости от состава и условий охлаждения может быть с перлитной, перлитно-ферритной и ферритной основой.

Наличие свободного графита в чугуне (до 50 % С) оказывает влияние на его  свойства. Увеличение количества и  размеров графитовых включений и  неравномерность их распределения  уменьшают прочность чугуна. Вместе с тем, свободный графит придает  чугуну износостойкость, высокие литейные свойства, хорошую обрабатываемость режущим инструментом и высокую  сопротивляемость при знакопеременных  нагрузках. Все это обусловливает  широкое применение серого чугуна в  качестве конструкционного материала.

Чугун, полученный из белого чугуна продолжительным  отжигом при температуре 800...850^oС, называют ковким. В отличие от серого чугуна в ковком углерод находится не в виде пластинчатого графита, а в виде хлопьевидного. Ковкий чугун по сравнению с серым чугуном обладает более высокой прочностью (300 ... 630 МПа), пластичностью и ударной вязкостью. Ковкий чугун имеет однородные свойства по сечению, в его отливках отсутствуют напряжения, ему при суши высокие механические свойства, он хорошо обрабатывается.

В зависимости от режима термообработки основа ковкого чугуна может быть ферритной или перлитной. Состав основных элементов в ковком чугуне (в %): 2,3 ...3 С; 0,9 ... 16 Si; 0,3 ... 1,2 Мn; >0,15 Р и S. Основные характеристики ковких чугунов определены ГОСТ 1215-79. Ферритные чугуны отличаются более высокой пластичностью, а перлитные обеспечивают лучшую износостойкость.

2. Как получают высокопрочные  чугуны? Указать их структуру,  свой-

ства и маркировку.

Модифицированные чугуны получают введением в расплав специаль-

ных примесей – модификаторов, так как процесс графитизации (форма выделения графита) зависят от числа центров кристаллизации. Этими центрами могут быть мельчайшие нерастворенные частицы окислов. Вводят в чугун модификаторы перед разливкой, обычно это: ферросилиций, алюминий, силико-кальций, магний и др.

Их назначение: получить мелкие, изолированные, равномерно распределенные включения графита, изменить форму графитных включений, получить перлитную металлическую основу.

Высокопрочный чугун получают из обычного серого перлитного чугуна двойным модифицированием: добавкой магния и ферросилиция (рис. 7.4).

Под действием магния графит приобретает форму шаров (глобулей), кроме того, магний повышает прочность металлической основы. По ГОСТ 7293–85 высокопрочные чугуны маркируются буквами ВЧ и цифрой – σв

3. Как построена эвтектика  и эвтектоид в белом чугуне?

В белом чугуне присутствует эвтектика – ледебурит, состоящая из перлита и цементита , по которой отличают белые чугуны от углеродистых сталей с помощью микроскопа. В белых чугунах практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита. Эвтектике свойственна повышенная хрупкость, поэтому чугуны, в отличие от сталей, не подвергаются прокатке, ковке, штамповке. Из-за сравнительно низкой температуры кристаллизации чугунов наблюдается малый пригар поверхности формы к отливке. Вследствие высокой жидкотекучести они хорошо заполняют формы. Перечисленные свойства чугунов определяют использование их в качестве литейных сплавов. В зависимости от содержания углерода различают три класса белых чугунов: доэвтектический, с содержанием углерода менее 4,3 %, эвтектический – с 4,3 %, заэвтектический – более 4,3 %.

Доэвтектический чугун включает три структурных составляющих: перлит, ледебурит (Л), вторичный цементит. Перлит наблюдается под микроскопом в виде темных зерен, а ледебурит – в виде отдельных участков, колоний. Каждый такой участок представляет собой смесь мелких округленных или вытянутых темных зерен перлита, равномерно расположенных в цементитной основе. С увеличением концентрации углерода в доэвтектическом чугуне доля ледебурита в структуре увеличивается постепенно, за счет уменьшения участков, занимаемых перлитом и вторичным цементитом. Вторичный це-ментит наблюдается в виде светлых зерен. Эвтектический чугун представляет собой равномерную ме-ханическую смесь перлита с цементитом – ледебурит.Заэвтектический чугун характеризуется двумя структурными составляющими – первичным цементитом и ледебуритом. С увеличением со-держания углерода количество первичного цементита в структуре возрастает.

4. Как влияет структура  серого чугуна на его свойства?

На графитизацию чугуна существенное влияние оказывает количество присутствующих в нем элементов, наличие центров кристаллизации графита и скорость охлаждения. Все элементы, вводимые в чугун, делятся на графитообразующие (С, Si, Al, В, Br и др.) и карбидообразующие (Мn, Сr, V, W, Ti, Mo и др.). Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на графитизацию чугуна. Чем меньше скорость охлаждения, тем полнее протекают процессы графитизации.

В серых чугунах графит присутствует в форме пластинок (чешуек) Свойства серых чугунов при одинаковой металлической основе зави-сят от размеров, количества и распределения графитных включений. Их можно рассматривать как трещины, поры, внутренние разрезы, нарушающие целостность металлической основы. Чем больше графита в чугуне, чем грубее его включения и чем меньше они изолированы друг от друга, тем ниже качество чугуна.

С увеличением количества перлита  при одной и той же форме графитных включений механические свойства (прочность, твердость) чугуна повышаются.

5. Как влияют размеры  и форма графитных

включений на свойства чугунов?

6. В чем различие между  белым и серым чугунами (структура,  меха-

нические свойства)?

7. Чем отличается структура  и свойства серых и высокопрочных  чугунов?