Література

1. Алаи С.И. Практикум по машиноведению. – М.: Просвещение, 1985. – 383 С.

2. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1985.

3. Самохоцкий А.И. Лабораторные работы по металловедению термической обработке металлов, 1981

4. Рудик Д.Ф. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів. – К.: 1975. – 156 С.

5. Справочник по практическому металловедению. – К.: Техника, 1984

Завдання до роботи

1. Серед виданих викладачем зразків чавуну шляхом мікроструктурного аналізу визначити білий, сірий пластинчатий, сірий ковкий та сірий високоміцний.

2. Користуючись фотоальбомом визначити тип стальної основи сірих чавунів.

3. Скласти звіт про роботу. Результати дослідження занести в таблицю1.

Таблиця 6.1

№ зразка	Схематичне зображення мікроструктур	Збільшення	Описання мікроструктури	Тип чавуну

94

Додаток для самостійної роботи Мікроструктура чавунів

Чавунами називають залізовуглецеві сплави, в яких вміст вуглецю становить від 2,14% до 6,67%. На практиці вважають, що в чавунах міститься вуглецю більше 2%. Однак, чавуни від сталі різняться ще й вмістом домішок. В них більше, як корисних, так і шкідливих домішок. Наприклад, в чавунах міститься біля 1,7% марганцю і стільки ж кремнію. Тоді, як в сталях їх біля 1,5%.

Сірки в чавунах допускається 0,05%, а в сталях 0,03%, фосфору в чавунах допускається біля 0,07%, а в ливарних навіть 1%, тоді як в сталях – 0,05%.

Чавуни і сталі значно відрізняються за будовою. Власне в цьому і полягає розподіл залізовуглецевих сплавів на чавуни і сталі. Починаючи з концентрації вуглецю 2,14%, в залізовуглецевих сплавах виділяється графіт. Він збирається в певній області і приводить до значного погіршення механічних властивостей сплавів.

Проте, не весь вуглець об’єднується в графіт. Певна його частина (до 0,8%) залишається в розчині чи в зв’язаному стані із залізом. Коли мисленно з чавуну видалити графіт, то залишилась би доевтектоїдна сталь (стальна основа чавуну). Хоча є окремий випадок, коли в чавуні не виділяється графіт, він знаходиться в зв’язаному стані в цементиті. Такий чавун називають білим (рис 6.1). Так його назвали із-за того, що він має світлий (подібний до сталі) колір.

Білий чавун отримують швидким охолодженням розплавленого чавуну. В такому разі атоми вуглецю не встигають дифузійно об’єднатись в окремих областях в графіт.

При швидкій кристалізації розплавленого чавуну в кінцевому рахунку утворюються зерна перліту, цементиту і ледебуриту, в доевтектичному - П + Ц_(ІІ) +Л, евтектичному - Л, заевтектичному - Л+Ц_(І).

Л

95

едебурит – механічна суміш перліту з цементитом. Після травлення розчином азотної кислоти в спирті перліт в ледебуриті темний, цементит світлий.

Кристалізація заевтектичних чавунів, як видно з діаграми залізо-цементит починається по лінії СD виділенням з рідкого сплаву цементиту Fe₃ C. Зменшення вуглецю відбувається по точках лінії СD. Після досягнення 1140 ºС рідкий сплав набуває евтектичної концентрації 4,3% С і твердне при сталій температурі з утворення евтектики. Після остаточного охолодження заевтектичний чавун складається з ледебуриту і первинного цементиту. Під мікроскопом на шліфі видні великі світлі довгі голки – первинний цементит, а ділянки з точковими темними краплинами – ледебурит.

Основним фактором, що впливає на кристалізацію сірого чавуну і сприяє графітизації, є мала швидкість охолодження. Графіт виділяється у вигляді пластин (рис. 6.3). Процесу графітизації сприяють елементи С, Ni, Cu та ін. До відбілючих елементів, що заважають графітизації належать Mn, Cr, W, S тощо.

Важливими елементами, що входять до складу чавуну, є кремній і марганець. Зміна кількості кремнію при постійному вмісті марганцю впливає на вуглець у вільному вигляді, тобто по-різному на ступінь кристалізації, який визначає характер стальної основи сірого чавуну. За ступенем графітизації розрізняють кілька видів сірих чавунів: феритний, перліто-феритний, перлітний.

Феритна структура чавуну складається з фериту + графіту. На шліфі видні темні великі пластинки - графіт, основне світле поле – ферит.

Перліто-феритна структура чавуну складається з фериту + перліту + графіту. На шліфі видні темні великі завихрені пластинки – графіт, сірий фон - пластинчатий перліт, світлий фон – ферит. Графіт і ферит розташовані поряд, тому що вони є продуктом розпаду цементиту.

Перлітна структура чавуну складається з перліту + графіту. На шліфі темні великі пластинки – це графіт. Основне поле – пластинчатий перліт.

Я

96

кщо доевтектоїдний білий чавун відпалити, то утвориться ковкий чавун. При відпалі цементит білого чавуну розпадається, а вуглець виділяється у вільній формі у вигляді пластинчатих гніздоподібних включень – пластівців (рис. 6.4).

Та чи інша структура ковкого чавуну залежить від режиму відпалу. Ковкий чавун може мати феритну або перлітну стальну основу.

Перлітна структура ковкого чавуну складається з перліту + фериту + графіту. Основна структура чавуну перлітна.

Феритна структура ковкого чавуну складається з фериту + графіту відпалу. На шліфі буде основний світлий фон – зерна фериту, а темні включення – графіт відпалу.

Якщо в рідкій чавун перед розливанням добавити модифікатора (наприклад магнію), то отримують високоміцний чавун. Структура такого чавуну складається з перліту + округленого графіту (сферичного) + фериту, який великими острівками оточує графіт (рис. 6.5).

Маркуються чавуни буквами та цифрами. Букви визначають вид чавуну. Перше число вказує міцність на розлив, друге – відносне видовження при розтягу у відсотках. СЧ - сірий чавун пластинчатий, КЧ – сірий ковкий чавун, ВЧ – високоміцний чавун.

Сірий пластинчаті чавуни не піддаються розтягу, тому в їх маркуванні відносне видовження не вказується. Наприклад, СЧ 16; КЧ 20-6; ВЧ 25-6.

Типовий графік відпалу ковкого чавуну приведений на рис. 6.1.

Р

97

ис. 6.1 Графік відпалу ковкого чавуну

Вироби для відпал з білого чавуну упаковують в ящики з піском, для запобігання окислення пічними газами. Ящики вставляють у піч із звичайною або нейтральною атмосферою. В печі піднімають температуру до 950 °С і при цій температурі витримують біля 15 годин, потім повільно охолоджують до 740 ºС і знову витримують біля 30 годин і повільно охолоджують до кімнатної температури.

Таблиця 6.1 Марки та хімічний склад сірих чавунів

Марка чавуну	Масова частка елементів, %
	вуглецю	кремнію	марганцю	фосфору	сірки
				не більше ніж
СЧ 10 СЧ 15 СЧ 20 СЧ 25 СЧ 30 СЧ 35	3,5 - 3,7 3,5 -3,7 3,3 - 3,5 3,2 - 3,4 3,00 - 3,2 2,9 - 3,0	2,2 - 2,6 2,0 - 2,4 1,4 - 2,4 1,4 - 2,2 1,3 - 1,9 1,2 - 1,5	0,5 - 0,8 0,5 – 0,8 0,7 – 1,0 0,7 – 1,0 0,7 – 1,0 0,7 – 1,1	0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2	0,15 0,15 0,15 0,15 0,12 0,12

Таблиця 6.2. Марки та механічні властивості ковких чавунів

Марка чавуну	σм, МПа	δ, %	НВ, МПа
	не менше ніж
КЧ 30-6 КЧ 33-8 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 45-7 КЧ 50-5 КЧ 55-4 КЧ 60-3 КЧ 65-3 КЧ 70-2 К 98 Ч 80-1,5	300 330 350 370 450 500 550 600 650 700 800	6 8 10 12 7 5 4 3 3 2 1,5	1000 - 1630 1000 - 1630 1000 - 1630 1100 – 1630 1500 – 2070 1700 – 2300 1920 – 2410 2000 – 2690 2120 – 2690 2410 – 2850 2700 - 3200

Таблиця 6.3. Марки та механічні властивості високоміцних чавунів

Марка чавуну	σм, МПа	δ, %	НВ, МПа
	не менше ніж
ВЧ 35 ВЧ 40 ВЧ 45 ВЧ 50 ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ 80 ВЧ 100	350 400 450 500 600 700 800 1000	22 15 10 7 3 2 2 2

Таблиця 6.4. Марки, механічні та фізичні властивості сірих чавунів

Марка чавуну	Механічні властивості		Фізичні властивості
	σм, МПа не менше ніж	НВ, МПа	Густина γ, кг/м3	Лінійна усадка ε, %
СЧ 10 СЧ 15 СЧ 20 СЧ 25 СЧ 30 СЧ 35	100 150 200 250 300 350	1200-2050 1300-2410 1430-2550 1560-2600 1630-2700 1790-2900	6800 7000 7100 7200 7300 7400	1,0 1,1 1,2 1,2 1,3 1 99 ,3

Рис. 6.2 БІЛИЙ ЧАВУН.

Ледебурит з перлітом, вуглець – 3,03% х500

Рис 6.5 СІРИЙ ВИСОКОМІЦНИЙ ЧАВУН, х150

Рис.6.3 СІРИЙ ПЛАСТИНЧАТИЙ ЧАВУН,

вуглець-глобуля, х150

Рис. 6.4 КОВКИЙ ЧАВУН, х 300

100

101