5 Контрольні запитання

5.1 Що таке сталь і які компоненти в неї входять?

5.2 Як впливають на властивості сталі вуглець, марганець, кремній, фосфор, сірка та кисень.

5.3 Як класифікуються сталі за якістю, структурою і призначенням?

5.4 Що таке ферит, аустеніт, цементит, перліт?

5.5 Скільки вуглецю міститься в сталі 50, У10, Ст.3?

5.6 Яку структуру має сталь з вмістом вуглецю 0,2%, 0,8%, і 1,2%?

5.7 Яку сталь потрібно вибрати для виготовлення вісі, різця, пружини?

Робота №9

Вивчення структури і властивостей чавунів

1 Мета роботи

1.1 Вивчити структуру чавунів під мікроскопом.

1.2 Навчитись за формою графітних включень та структурою основи розрізняти білі, сірі, ковкі та високоміцні чавуни.

1.3 Дослідити вплив структури та форми графітних включень на властивості чавуну.

2 Технічні засоби навчання

2.1 Твердоміри ТК-2, ТШ-2.

2.2 Таблиці твердості, плакати, альбом мікроструктур чавунів.

2.3 Комплект зразків різних марок чавунів.

3 Методичні вказівки до самостійної роботи

Опрацювати матеріал за підручником та конспектом лекцій, звернути увагу на класифікацію та маркування чавунів. Засвоїти інформацію про те, що механічні властивості чавуну залежать найперше від його основи. Отже, мета формування структури основи - це забезпечення тих, чи інших властивостей чавуну. Найбільшою міцністю володіє чавун на перлітній основі.

Відповідно до діаграми стану залізо-вуглець (рисунок 9.1) чавуни характеризуються наявністю евтектики (ледебуриту), який в залізовуглецевих сплавах появляється від концентрації вуглецю 2,14% і більше. Але чавун - це багато­компонентний сплав, бо в ньому, крім вуглецю, міститься значна кількість кремнію (1,0-3,5%), марганцю (0,5-1,5%) та інших елементів в залежності від марки чавуну. Вуглець в чавунах може знаходитись як в хімічній сполуці (Fе₃С), так і у вільному стані у вигляді графіту (Г), в залежності від вмісту домішкових елементів та швидкості охолодження із розплаву. Тому, в залежності від стану вуглецю і форми виділень його у вигляді графітових включень, чавуни ділять на білі, сірі, ковкі та високоміцні.

Білий чавун. В білому чавуні весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані, тобто у вигляді цементиту. Такий чавун дуже твердий, крихкий. Вид його зламу світлий, а звідси і назва – білий чавун. Із-за твердості і крихкості він не знаходить застосування в машинобудуванні, як конструкційний матеріал, а тому не маркується. Білі чавуни переробляють на сталь, а також н сірі, ковкі та високоміцні, а звідси він має назву переробного чавуну.

Використовують так званий відбілений чавун – сірий з тонким шаром на поверхні (10-30мм) білого. Відбілювання є наслідком швидкого охоллодження поверхні під час кристалізації чавуну в металевій формі. Відбілений чавун має високу поверхневу твердість і стійкість проти спрацювання. Використовується для виготовлення прокатних валків, коліс, виробів для залізничного транспорту тощо.

Вміст вуглецю формує його структуру, за якою він класифікується і ділиться на доевтектичні ( з вмістом вуглецю від 2,14 до 4,3%), евтектичні (4,3%) і заевтектичні (більше 4,3%). Склад структури цих чавунів відповідає діаграмі стану залізо-вуглець (рисунок 9.1).

Сірий чавун. В ньому вуглець повністю або частково знаходиться у вільному стані (у вигляді графіту).

За формою графітових включень сірі чавуни ділять на власне сірі (пластинчаста форма графітних включень), ковкі (пластівчаста форма включень графіту) і високоміцні (куляста форма графітних включень). Форму графітових включень в сірих чавунах вивчають на непротравлених мікрошліфах (рисунок 9.2). На відміну від білих чавунів злом сірих чавунів (за рахунок графітних виділень) має темний вигляд, а звідси і назва сірий чавун.

Рисунок 9.1 – Діаграма стану Fe-Fe₃C

Сірий чавун формується в залежності від швидкості охолодження та його хімічного складу. Такі елементи як С, Si, Ni, Cu сприяють графітизації чавуну, а Mn, Cr, W, S протидіють цьому процесу.

а – в сірому; б – в ковкому; в – у високоміцному

Рисунок 9.2 – Форма графітних включень в чавуні

При швидкому охолодженні на поверхні чавунного виливку формується структура білого чавуну (процес графітизації не відбувся) і такий чавун називають відбіленим. Такі чавунні заготовки не піддаються обробці різанням, а тому слід назначити графітизуюче відпалювання.

Ковкий чавун отримують з білого чавуну шляхом графітизуючого відпалювання за режимом, показаним на схемі (рисунок 9.3).

1 - Відпалювання на феритний чавун.

2 - Відпалювання на перлітний чавун.

Рисунок 9.3–Схема відпалювання білого чавуну на ковкий

При відпалюванні чавуну за режимом 1 на першій стадії відпалювання розпадається та кількість цементиту, яка є в ньому при цій температурі. На другій стадії відпалювання розпадається той цементит, який виділився при охолодженні аустеніту (вторинний цементит) і який утворився в результаті розпаду аустеніту при 727°С (перлітне перетворення). Таким чином основа структури чавуну буде чисто феритною. При відпалюванні за режимом 2 графітизується тільки той цементит, який є в ньому при температурі першої стадії графітизації. Вуглець, який розчинений в аустеніті, при охо­лодженні чавуну формує його перлітну основу, як результат перетворення А→П при 727°С.

Високоміцний чавун отримують шляхом модифікування (введення в розплавлений чавун, перед розливанням, порції металевого магнію або церію). В результаті протікає графіти­зація з утворенням кулястої форми графітних включень.

Модифікуванню підлягають також і сірі чавуни, в результаті чого в них подрібнюються графітні пластинчасті включення і формується перлітна основа.

Маркуються чавуни відповідно літерами і цифрами: СЧ20, СЧ25 і т. д., де літери означають сірий чавун, а цифра – границю міцності при розтягу в кГс/мм². КЧ45-6, де літери означають ковкий чавун, перша цифра 45 - границя міцності при розтягу в кГс/мм², а друга цифра – відносне видовження в %. Так само маркуються і високсміцні чавуни, наприклад, ВЧ60-2.