50. Чугун. Состав, строение и свойства чугунов. Классификация чугунов.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 %. углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.

Белый чугун, в котором весь углерод (2,0...3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.

Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.

Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.

Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.

Ковкий чугун получают после длительного отжига % белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. Углеродные включения имеют округлую форму. В отличие от серых ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.

Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей.

При испытании серого и высокопрочного чугунов определяют предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость.

При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают предел прочности при растяжении, последующие две – предел прочности при изгибе.

51. Химико-термическая обработка металлов. Технология и оборудование. Области применения.

Химико-термической обработкой называется тепловая обработка металлических изделий в химически активных средах для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев. Такая обработка позволяет повысить твердость, износостойкость, усталостную долговечность и контактную выносливость, а также стойкость изделия к окислению и электрохимической коррозии. Возможности химико-термической обработки стали во многих случаях шире, чем термической или механической поверхностной обработки (поверхностная закалка, поверхностное пластическое деформирование и т. д.), поскольку в ее процессе изменяются не только структура, но и химический состав поверхностного слоя изделия. Модифицирование химического состава поверхностного слоя в большинстве способов химико-термической обработки происходит по диффузионному механизму. Главными факторами, определяющими конечный результат такой обработки, являются температура процесса, концентрация на поверхности изделия активного химического компонента и длительность его взаимодействия с обрабатываемым изделием. Наиболее распространенный метод химико-термической обработки стали – диффузионное насыщение ее углеродом и азотом. Кроме того, применяют насыщение поверхностного слоя стального изделия кремнием, бором, а также хромом, алюминием, цинком.

Цементация— насыщение углеродом поверхностных слоев стальных изделий для повышения их закаливаемости, а следовательно – и твердости, износостойкости и предела прочности. После цементации изделие подвергают закалке и низкому отпуску, а затем обычно шлифуют для улучшения качества поверхности. Цементируют, как правило, стали с содержанием углерода 0,08...0,23%, поэтому после закалки сердцевина стального изделия сохраняет вязкость, а поверхностный слой (с содержанием углерода около 1%) приобретает высокие твердость и износостойкость.

Азотирование– диффузионное насыщение азотом поверхностных слоев металлических изделий в целях повышения их износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости. Преимуществом азотирования перед цементацией является более высокая твёрдость обработанного поверхностного слоя, которая сохраняется до более высоких температур (600°С), чем в случае цементации (230°С).

Азотированию подвергают детали из среднеуглеродистых легированных сталей. Перед этим для них назначают улучшение и чистовую обработку, а после азотирования изделия шлифуют или полируют. Можно азотировать только часть изделия, изолировав остальную его поверхность защитным покрытием (обычно из олова).