Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитись з методикою вивчення мікроструктури вуглеце­вих сталей у рівноважному стані.

2. За допомогою металографічного мікроскопу вивчити мікро-структури комплекту мікрошліфів зразків (5 шт.) та зарисува­ти їх.

3. Порівняти вивчені та зарисовані структури зразків сталі з фотографіями мікроструктур вуглеце­вих сталей, приведених в атласі.

4. Зробити висновки про фазовий склад визначеної мікроструктури.

5. За площею, яку займають структурні складові (перліт і це­ментит) сталей, що вивчаються, визначити приблизний вміст в них вуглецю.

6. За вмістом вуглецю в дослідних зразках орієнтовно визначити марку сталі.

Обладнання, матеріали, інструменти

1 Металографічний мікроскоп.

2 Альбом з фотографіями мікроструктур вуглецевих сталей.

3 Набір мікрошліфів вуглецевих сталей.

Зміст звіту

1. Назва та мета роботи.

2. Схеми зарисовок мікроструктур сталей, що вивчаються, із зазначенням розташування структурних складових і їх описом.

3. Приблизний вміст вуглецю у зразках сталей, що вивчаються.

4 Результати випробовувань у вигляді таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 – Результати випробувань зразків сталей

Кількість структурних складових, %

Приблизний вміст вуглецю, %

Орієнтовна марка сталі

Хімічний склад, %

Механічні властивості

Ф

П

Ц

С

Si

Mn

S

P

σв, МПа

δ, %

ψ, %

HB, МПа

Контрольні запитання

1. Значення досліджування мікроструктури вуглецевих сталей.

2. Охарактеризуйте структурні складові вуглецевих сталей у зрівноваженому стані та їх вплив на механічні властивості сталі.

3. В якій послідовності визначається вміст вуглецю в сталі за її структурними складовими?

4. Яку форму має цементит? Як форма цементиту впливає на влас­тивості сталі?

5. Як класифікуються вуглецеві сталі? їх маркування.

Рекомендована література

[1, с. 43-46; 4, с. 49-53; 5, с. 117-122; 7, с. 21-33; 8, с. 59-65]

Лабораторна робота № 6

ВИВЧЕННЯ МІКРОСТРУКТУРИ ЧАВУНІВ

Мета роботи

1. Вивчити мікроструктуру чавунів (білого, сірого, кувального, високоміцного) у зрівноваженому стані.

2. Встановити залежність між структурою та властивостя­ми чавунів.

3. Ознайомитись із властивостями та застосуванням чавунів у народному господарстві

Теоретичні відомості

Чавун – це сплав в системі залізо – вуглець; вміст вуглецю в сплаві 2,14...6,67 %. Класифікуються чавуни за такими ознаками:

- призначенням (переробні йдуть на переробку в сталь та ли­варні – для виготовлення різноманітних виливок);

- ступенем графітизації (білі – увесь вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe₃C, сірі – більша частина вуглецю в них знаходи­ться у вільному стані у вигляді графіту і половинчасті – вуглець частково зв’язаний у Fe₃C, а частково виділений у вигляді гра­фіту);

- формою графітових включень (сірі – пластинчаста, кувальні – лапаті, високоміцні – кулясті);

- структурою металічної основи (феритні, ферито - перлітні, перлітні, перлітно - цементитні);

- хімічним складом (нелеговані, низько -, середню - та високо -леговані, що містять відповідно 0,3 - 3,5%, 7 - 10% і більше 10% легую­чих елементів).

На відміну від сталі хімічний склад чавунів ще не характеризує досить надійно його властивості. Структура чавуну та його основні якості залежать як від хімічного складу, так і від технологічного процесу його виробництва та режиму термічної обробки.

Білий чавун - це сплав, у структури якого вуглець присутній тільки у вигляді цементиту Fe₃C. За структурою він поділяється на доевтектичний, евтектичний і заевтектичний. Згідно з діаграмою залізо - цементит структура доевтектичного чавуну складається з перліту, вторинного цементиту та ледебуриту. Структура евтектичного чавуну складається тільки з ледебуриту, а заевтектичного – з ледебу­риту та первинного цементиту, що виділяється у вигляді великих пластинок.

Наявність у білих чавунах великої кількості цементиту (НВ8000 МПа) обумовлює його високу крихкість, дуже погану оброблюва­ність різанням, а отже, й обмежене застосування. В основному його перероблюють у сталь, застосовують як ливарний матеріал з доброю стійкістю в умовах абразивного зношення, за допомогою термообробки трансформують у ковкий чавун.

Сірий чавун – це сплав Fe-С-Si з домішками Мn, S і P. Вміст вуглецю в ньому коливається в межах 2,4-3,8 %. Кремній (1,2 -3,5 %) вводять спеціально – він прискорює графітизацію, має великий вплив на структуру та властивості чавуну.

Сірий чавун має високі ливарні властивості: порівняно низьку температуру плавлення, хорошу рідинотекучість та ін. Технологічність ливарних та таких специфічних властивостей чавунних виливок, як здатність поглинати вібрації, мала чутливість до різних концентрацій напружень, досить високий опір руйнуванню під впливом стискаючих навантажень забезпечують широке застосування сірого чавуну для отримання найрізноманітніших виливок від художнього литва до масивних станин потужних верстатів.

Пластини графітних включень в сірому чавуні порушують суцільність металічної основи та являють собою начебто тріщини, заповнені графітом. Чим більше графіту та крупніше його включення, тим нижчі механічні властивості (знижується пластичність при розтягу – δ ≈ 0,5 %, злам стає крупно - зернистим).

Подрібнення графітних включень, збільшення ступеня ізольова­ності їх один від одного підвищує міцність чавуну. Це досягається введення спеціальних модифікацій: феросиліцію, силікокальцію та ін.

Залежно від будови металічної основи твердість сірих чавунів змінюється і може бути НВ(1430-1200) МПа. Відповідно змінюється також міцність: чим більше фериту, тим нижчі міцність і зносостійкість. Найміцніші перлітні чавуни застосовуються для відповідальних вили­вок (станини потужних верстатів, блоків двигунів, дизельних цилінд­рів тощо). Феритні та ферито - перлітні чавуни застосовуються для ви­готовлення маловідповідальних і малонавантажених деталей (фундамент­ні плити, корпуси редукторів і насос тощо).

Сірі чавуни маркуються буквами СЧ (сірий чавун) і цифрами, що показують мінімальний часовий опір розриву при розтягу (кг/мм²). Наприклад, чавун марки СЧ12 має σ_в >12 кГ/мм², тобто 120 МПа.

Виплавляючи чавун з додаванням невеликої кількості (до 0,03%) магнію чи деяких інших модифікаторів, графіт у чавуні приймає кулясту форму. Він значно менше послаблює металічну основу, ніж пластинчастий. Такі чавуни називаються високоміцними.

Вони мають високі механічні властивості, здатність гасити вібрації, добре оброблюються різанням, зносостійкі, мають хороші ливарні властивості тощо. Будова їх металічної основи може бути такою самою, як і сірих чавунів.

Із високоміцних чавунів виготовляють обладнання прокатних ста­нів (прокатні валки масою до 12 т), ковальсько-пресове обладнання та багато інших відповідальних деталей.

Високоміцні чавуни маркуються буквами ВЧ (високоміцний чавун) і цифрами, що вказують його основні механічні властивості: найменша межа міцності при досліджуванні на розтяг та відносне видовження. Наприклад, високоміцний чавун марки ВЧ45-5 має найменшу межу міцності σ_в > 45 кГ/мм² і відносне видовження δ = 5%.

Якщо виливки з сірого чавуну піддати відпалюванню, то цементит розпадається і графіт набуває лапатої форми. Такий чавун називаєть­ся кувальним. Залежно від будови металургійної основи кувальні чавуни бу­вають феритними та ферито - перлітними. Вони мають більш високе від­носне видовження, тому й називаються кувальними, хоча кувати їх немож­ливо. Вплив лапатого графіту на механічні властивості чавуну приблиз­но такий самий, як і кулястого.

Із феритних кувальних чавунів виготовляють вироби, що працюють при високих статичних і динамічних навантаженнях (задні мости, маточина коліс), і менш відповідальні деталі (гайки, фланці муфт, хомути). Із ферито - перлітного ковкого чавуну виготовляють вилки кар­данних валів, кільця та рами ланцюгів конвеєрів, втулки та ін.

Маркується кувальний чавун буквами КЧ (кувальний чавун) і цифрами, що вказують основні механічні властивості: найменшу межу міцності при досліджуванні на розтяг та відносне видовження. Наприклад, КЧ35-10 має σ_в >35 кГ/мм² і δ = 10%.