МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ"

__________________________________________________________

К а ф е д р а "Материаловедение и товарная экспертиза"

МИКРОСТРУКТУРА

ЧУГУНОВ

Методические указания

Самара

Самарский государственный технический университет

2013

Рекомендовано к использованию на заседании кафедры "Материаловедение и товарная экспертиза"

Протокол № __12__ от _12 декабря__ 2013 года

УДК 620.22

Микроструктура чугунов: Метод. указ. / Самар. гос. техн.

ун-т; Сост. А.Р. Луц.. Самара, 2013. 22 с.

Показана микроструктура белых и графитных чугунов. Представлены свойства, область применения и маркировка графитных чугунов.

Предназначены для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 151900, 221700, 151000, 221700, 131000, 151900, 190600, 141100, 140100, 200100, 220100, 220700, 150700, 190700, 240100, 241000, 240300, 170100.

УДК 620.22

Илл.. 12. Табл. 3. Библиогр.: 3 назв.

Составители: канд. техн. наук А.Р. Луц

 А.Р. Луц составление 2013

 Самарский государственный

технический университет 2013

Цель работы – изучить структуру, классификацию и маркировку чугунов.

В соответствии с диаграммой Fe – Fe₃C чугунами называются железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67 % (рис. 1).

Однако применяемые чугуны содержат углерода не более 4,3%. Кроме того, чугун является многокомпонентным сплавом: в промышленных марках чугуна содержится значительное количество кремния (1,5 – 3,0 %), марганца (0,4 – 0,6 %) и примесей (S, P и др.). Соответственно диаграмма Fe – Fe₃C только в первом приближении описывает поведение сплавов, которые относятся к чугунам. Вместе с тем, изучение бинарной системы, упрощая рассмотрение вопроса в целом, позволяет получить необходимые и наиболее ценные сведения по характеру важнейших структурно-фазовых изменений, протекающих в чугунах.

Переходя к рассмотрению области чугунов на диаграмме, следует подчеркнуть, что по сравнению с областью сталей она отличается большей сложностью. Это связано с возможностью выделения углерода в двух формах: в связанном (Fe₃C) и свободном (графит) виде. Соответственно различают метастабильную (Fe – Fe₃C – сплошные линии на рис. 1) и стабильные (Fe – C – пунктирные линии) диаграммы состояния сплавов "железо – углерод".

1. Факторы, влияющие на форму выделений

УГЛЕРОДА

Решающее влияние на форму выделений углерода оказывают условия кристаллизации (главным образом, скорость охлаждения в зоне первичной кристаллизации) и химический состав чугунов.

Превращения при охлаждении чугунов могут сопровождаться выделением углерода в двух различных модификациях: при очень малых скоростях (до 10 /мин) углерод из жидкой фазы выделяется в свободном состоянии (графит), при больших скоростях процесс протекает с выделением углерода в связанном состоянии (цементит). Перегрев чугуна, способствуя растворению твердых частичек (тугоплавкие примеси), являющихся обычно зародышами кристаллиза-

Р ис.1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

ции графита, приводит к образованию метастабильной структуры. Повышение содержания углерода в чугунах увеличивает вероятность и повышает скорость образования графита. Стимулируют процесс графитизации такие элементы, как Si, Ni, Cu (особенно Si). Отбеливающими элементами, препятствующими процессу графитизации, являются S, Mn, Cr, W и др. Поэтому на практике степень графитизации чугуна регулируется изменением количественного соотношения кремния и марганца. Введение в чугун малых добавок Ca, Al, Mg и других элементов, образующих тугоплавкие окислы, на поверхности которых легко адсорбируются атомы углерода, облегчает образование графита. Такие добавки, мало изменяющие химический состав чугуна, но влияющие на процессы кристаллизации, называются модификаторами.

Таким образом, в зависимости от условий кристаллизации и химического состава углерод в чугунах может находиться в связанном (цементит) или свободном (графит) состоянии. Соответственно чугуны подразделяются на две большие группы: белые и графитные.

2. Строение и механические свойства белых чугунов

Согласно диаграмме Fe – Fe₃C, белые чугуны в зависимости от количества углерода подразделяются по микроструктуре на эвтектические (содержащие 4,3% углерода), доэвтектические (с содержанием углерода от 2,14 % до 4,3 %) и заэвтектические (с содержанием углерода более 4,3 %).

Чугуны эвтектического состава называются ледебуритными и представляют собой в момент образования в метастабильной системе механическую смесь аустенита состава точки Е и цементита. Формирование эвтектики происходит при температуре 1147 С по реакции . При дальнейшем охлаждении, вплоть до температуры эвтектоидного превращения (линия PSK на рис. 1), состав аустенита изменяется по линии SE с одновременным выделением цементита вторичного (Ц_II). При температуре 727 С происходит эвтектоидное превращение аустенита состава точки S в перлит (механическая смесь феррита состава точки Р и цементита) по реакции . В процессе охлаждения до комнатной температуры состав феррита изменяется по линии PQ с выделением цементита третичного (Ц_III). При комнатной температуре эвтектика (ледебурит) состоит из механической смеси феррита состава точки Q и цементита.

Структура эвтектического чугуна состоит из одного ледебурита (рис.2).

Рис. 2. Микроструктура белого эвтектического чугуна (ледебурит) (250)

Рис. 3. Микроструктура белого доэвтектического чугуна

(перлит и ледебурит) (250)

Рис. 4. Микроструктура белого заэвтектического чугуна

(цементит первичный и ледебурит) (250)

Применение белых чугунов для изготовления деталей машин ограничено. В отдельных случаях белый доэвтектический чугун используют в качестве литейного материала для изготовления деталей, работающих на износ (прокатные валки, тормозные колодки, билы дробилок и т.п.). Чаще всего литые детали из белого доэвтектического чугуна подвергаются специальному длительному графитизирующему отжигу (томлению), в процессе которого белый чугун превращается в ковкий. Белый заэвтектический чугун относится к числу передельных и используется при производстве стали.