10. Стабильная д иаграмма состояния железо-углерод (графит)

Диаграмма Fe-C при стабильном равновесии показывает, что вместо не­стабильной фазы цементит Fe₃C образуется стабильный графит. Образование графита может происходить непосредственно из жидкой фазы или вследствие распада цементита Fe₃C → 3Fe + C (Гр).

Образование графита в сплавах Fe-C носит название графитизации.

Чугуны, кристаллизующиеся по стабильной диаграмме Fe-C, носят назва­ние серых чугунов (излом имеет серый цвет).

Эвтектическая реакция

L

e¹

1153'

>Г_е/ +rp-

Эвтектоидная реакция

738'

Ys>

-нх , +Гр.

p

Образующиеся графит имеет форму изогнутых пластин.

П ри полной графитизации струк­тура чугуна а + Г - серый чугун на ферритной основе.

Г

а

Если часть углерода о с тане тс я в ме­ таллической основе (Fe) – возможна структура: П + Гр и Ф + П + Гр

54

11. Чугуны

Сплавы железа с углеродом при содержании углерода > 2,14% называют­ся чугунами.

ЧУГУНЫ

Белые чугуны - весь углерод находится в связанном состоянии в виде Fe₃C Цементит придает излому специфический светлый блеск. Структура см. стр. 45

Серый чугун – углерод в виде графита, получается либо по диаграмме Fe-C стабильной, либо с добавлением элемента графитизатора Si. По сущест­ву, эта система Fe-C-Si, содержащая в качестве постоянных примесей Мn, P, S.

Структура серого чугуна в отливках зависит, в первую очередь, от химиче­ского состава ( %С+%Si) и скорости охлаждения. Из м еняя эти параметры, можно получить разную структуру металлической основы.

СТРУКТУРНЫЕ ДИАГРАММЫ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

8 W г$№Ь§ № № 18 $3Qtf№№%8 %№щв№ стемна мп

В зависимости от состава чугуна, суммы (%С + %Si), скорости охлажде­ния (толщины отливки) различают: I. Белые чугуны - П + Л; П. Половинчатые (>0,8 %С связано в виде Fe₃C) - П + Л + Г;

108. Первичный серый чугун - П + Г (~ 0,8 % С связано в виде Fe₃C);

109. Ферритно-перлитный серый чугун - Ф + П + Г (0,7-0,1 %С - Fe₃C);

V. Ферритный серый чугун - Ф + Г (Fe₃C нет).

55

Ч УГУНЫ

_I

По форме выделения графита чугуны подразделяются на :

В ысокопрочный шаровидная форма выделений графита. Для получения ша­ровидной формы чу­гун модифицируют магнием (0,03-0,07 %).

Имеют высокую

прочность за счет шаровидного графи­та (подобна прочно­сти литой углероди­стой стали).

Ковкий чугун – имеет хлопьевидную фор­му графита. По л у -чают отжигом белого чугуна, при отжиге цементит распадает­ся на железо и гра­фит, который выде­ляется в структуре.

По сравнению с се­ рым техническим чугуном имеет

большую пластич-нос ть.

В зависимости от структуры металлической основы серые, вы­сокопрочные и ковкие чугуны могут быть перлитными (струк­тура (П + Г)), ферритно-перлитными (Ф + П + Г) и ферритны-ми (Ф + Г).

56

КЛ АССИФИКАЦИЯ ЧУГУНА ПО СТРУКТУРЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ И ФОРМЕ

ГРАФИТ НЫХ ВКЛ ЮЧЕНИЙ (СХЕМА)

СЕРЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ

Структура основы

Перлитный (перлит)

Феррито-перлитный (Ф +П)

Ферритный (Ф)

МАРКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЧУГУНОВ

	1
ТИП ЧУГУНА		МАРКИ	СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Ферритные и феррито-перлитные серые техни­ческие		СЧ10, СЧ15, СЧ18	σв.изб. = 280-320 Мпа. Толщина стенки отлив­ки до 10 – 100 мм. Строительные колонны, фундаментные плиты, литые малонагружен-ные детали в авто- и сельхозстроении, порш­ни, цилиндры и т.д.
Перлитные серые тех -нические		СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧЗО, СЧ35
Перлитные высоко­прочные		ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ85, ВЧ100, ВЧ120	Детали станков, детали кузнечно-прессового оборудования, коленча­тые валы, крышки ци­линдров и т.д.
Феррито-перлитные вы­сокопрочные		ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45	В тяж е л о м машино­строении – шабат моло­ты, траверс пресса, про­катные валки и т.д.
Перлитные ковкие		КЧ50-5, КЧ55-4	Ви л к и карданного вала,
Ферритный ковкий		КЧ37-12, КЧ35-10,	звенья и ролики цепей
		КЧЗО-6, КЧЗЗ-8	конвейера, втулки, муф­ты, тормозные колодки и т.д.

57

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

110. В чем заключается основное отличие структуры белых и серых чугунов, при­чины этого отличия?

111. Какие формы графита существуют в чугунах, как форма графита влияет на механические свойства?

112. Какой может быть структура металлической основы серых чугунов и от чего это зависит?

113. Как получить высокопрочный чугун?

114. Как получить ковкий чугун?

Задача № 1

Отливка толщиной 50 мм отливалась из серого чугуна с 3,2 %С. В качест­ве графитизатора был добавлен кремний в количестве 1,5 %. Какую структуру будет иметь отливка?

Задача № 2

Для отливки толщиной стенки 60 мм необходимо иметь структуру серого технического чугуна на перлитной основе. Был рекомендован чугун с содержа­нием углерода и кремния (в сумме) 3,5 %. Во з м о ж н о ли получение заданной структуры в этом чугуне. Ответ обосновать.

Задача № 3

Отливка чугуна с 3,5 %С и 1,5 %Si имела структуру графита на перлит­ной основе. Сколько углерода находится в графитной фазе и сколько прихо­дится на металлическую основу? Ответ обосновать.

Задача № 4

Для отливки серого чугуна необходимо иметь сочетание тв е р д о с ти в пре­делах 250-260 НВ при сохранении достаточной плас тич но с ти. Какой чугун надо применить в данном случае, как получить его?

Задача № 5

Какую структуру будет иметь чугун системы Fe-C-Si-Mg при содержании углерода 3,2 % и кремния 2 %? Где применяется это чугун?

58