Евтектоїд (перліт)

то структура чавуну складається з графіту та перліту. Такий сплав називають сірим чавуном на перлітній основі. Нарешті, можливий проміжний варіант, коли аустеніт частково розпадається по евтектоїдній реакції на ферит і графіт, а частково з утворенням перліту. У цьому випадку чавун містить три структурні - графіт, ферит і перліт. Такий сплав називають сірим чавуном на ферито-перлітній основі.

Ферит і перліт в металевій основі чавуну мають ті ж мікроструктурні ознаки, що і в сталях. Сірі чавуни містять підвищену кількість фосфору, що збільшує вологотекучість і дає потрійну евтектику.

У металевій основі сірого чавуну фосфідна евтектика виявляється у вигляді світлих, добре окреслених ділянок.

Високоміцний чавун з кулястим графітом отримують модифікуванням сірого чавуну лужно-земельними елементами. Найчастіше для цього використовують магній, вводячи його в рідкий розплав в кількості 0,02 - 0,03%. Під дією магнію графіт кристалізується в кулястій формі (ріс.3б). Кулясті включення графіту в металевій матриці не є такими сильними концентраторами напружень, як пластинки графіту в сірому чавуні. Чавуни з кулястим графітом мають більш високі механічні властивості, які не поступаються литій вуглецевій сталі.

Маркують високоміцний чавун буквами ВЧ і далі йдуть величини межі міцності при розтягуванні (в кгс/мм²) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (ГОСТ 7293-85). Так само, як і сірі чавуни, вони поділяються за мікроструктурою металевої основи в залежності від повноти графітизації і бувають на феритній , ферито- перлітній, перлітній основах. Високоміцний чавун використовується в багатьох областях техніки замість литої і кованої сталі, сірого і ковкого чавунів. Високі механічні властивості дають можливість широко застосовувати його для виробництва виливків відповідального призначення , в тому числі і в судновому машинобудуванні: головок циліндрів, турбокомпресорів, напірних труб, колінчастих та розподільних валів і т.п.

Ковкий чавун отримують шляхом відпалу виливків з білого чавуну. Отримання ковкого чавуну засноване на тому, що замість нестійкого цементиту білого чавуну при підвищених температурах утворюється графіт відпалу білого чавуну. Дрібні вироби складної конфігурації, відлиті з білого чавуну, відпалюють (отримують ковкий чавун) для додання достатньої пластичності, необхідної при їх використанні в роботі. Ковкий чавун маркують літерами КЧ і далі йдуть величини межі міцності при розтягуванні (в кгс/мм²) і відносного подовження (в %), наприклад, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (ГОСТ 1215-79).

Графітизація йде шляхом розчинення метастабильного цементиту в аустеніт і одночасного виділення з аустеніту більш стабільного графіту. Чим більше час витримки при відпалі і менше швидкість охолодження, тим повніше проходить графітизація. Залежно від графітизації зустрічаються ті ж три основні типи структур, що і в сірому чавуні з пластинчастим графітом: ковкі чавуни на феритній, феррито-перлітній і перлітній основах (рис. Зв). Від сірих (ливарних) чавунів ковкі чавуни відрізняються за мікроструктурою тільки формою графіту.

Якщо на шліфах (рис. За) сірих чавунів графіт має форму звивистих прожилок, то в ковких чавунах графіт, званий вуглецем відпалу, знаходиться у формі більш компактних пластинчатовидних включень з рваними краями. Більш компактна форма графіту забезпечує підвищення механічних властивостей ковкого чавуну порівняно з сірим чавуном з пластинчастим графітом.

Володіючи механічними властивостями, близькими до литої сталі і високоміцного чавуну, високим опором ударних навантажень, зносостійкістю, оброблюваністю різанням, ковкий чавун знаходить своє застосування в багатьох галузях промисловості. З нього виготовляють поршні, шестерні, шатуни, скоби, ілюмінаторні кільця та ін.

Чавуни з вермікулярним графітом отримують як і високоміцні чавуни модифікуванням, тільки в розплав при цьому вводиться меншу кількість сфероідизуючих металів. Маркують чавуни з вермікулярним графітом буквами ЧВГ і далі слідує цифра, що позначає величину межі міцності при розтягуванні (кгс/мм²), наприклад, ЧВГ З0, ЧВГ 45 (ГОСТ 28394-89). Вермікулярний графіт подібно пластинчастому графіту видно на металографічному шліфі у формі прожилок, але вони меншого розміру, потовщені, з округлими краями (рис. Зг). Мікроструктура металевої основи ЧВГ також як у інших графітизованих чавунів може бути феритною, перлітною і ферито-перлітною.

За механічними властивостями чавуни з вермікулярним графітом перевершують сірі чавуни і близькі до високоміцного чавуну, а демпфуюча здатність і теплофізичні властивості ЧВГ вище, ніж у високоміцних чавунів. Чавуни з вермікулярним графітом більш технологічні, ніж високоміцні і змагаються з сірими чавунами. Для них характерні висока рідкотекучість, оброблюваність різанням, мала усадка. Чавуни з вермікулярньм графітом широко використовуються у світовому та вітчизняному автомобілебудуванні, тракторобудуванні, суднобудуванні, дизелебудуванні, енергетичному та металургійному машинобудуванні для деталей, що працюють при значних механічних навантаженнях в умовах зносу, гідрокавітаціі, змінному підвищенні температури. Наприклад, ЧВГ використовується замість СЧ для виробництва головок циліндрів великих морських дизельних ДВЗ.

Мікроструктура чавунів

Рис. 3. Схема мікроструктур графітизованих чавунів: а) сірі; б) високоміцні; в) ковкі; г) з вермікулярним графітом

а) б) в)

Рис 4. Мікроструктура чавунів

а - сірий феритний чавун; б - сірий перлітний чавун; в - високоміцний чавун

Евтектичний чавун складається з однієї структурної складової-ледебуриту, який являє собою рівномірну механічну суміш аустеніту з цементитом

а) б) в)

Рис. 5. Мікроструктура чавунів

а-в- білі чавуни; а - доевтектмний (менше 4,3% С), б - евтектичний (4,3% С), в -

заевтектичний (біпьше 4,3% С)

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Назва роботи.

2. Мета роботи.

3. Фазова і структурна діаграми Fe–Fe₃С (рис. 1).

4. Розрахунок масової частки вуглецю доевтектоїдної стали.

5. Схеми мікроструктур вуглецевих сталей: доевтектоїдної, евтектоїдної, заевтектоідної, із зазначенням марки сталі, її хімічного складу і механічних властивостей, призначення сталі.

6. Фрагмент діаграми Fе – Fe₃C (2,14 – 6,67 %С).

7. Схеми мікроструктур досліджених зразків чавунів з зазначенням їх марок.

8. Викреслити подвійну діаграму стану залізовуглецевих сплавів, її ділянку відповідним чавунам.

9. Описати фази і фазові перетворення, можливі в чавунах.

10. Розшифрувати марки чавунів і сталей з таблиці. (Завдання видає викладач).

11. Намалювати мікроструктуру вуглецевих сталей.

Вказати виносними стрілками структурні складові. (На рис.1 ... 6 показані мікроструктури найбільш типових вуглецевих сталей після повного відпалу. На рис.7 і 8 показані мікроструктури, що часто зустрічаються на практиці в невідпаленого лиття і в сильно перегрітої кованої сталі. Феррит в низько-і середньовуглецевих сталях при підвищених швидкостях охолодження і перегрівах виділяється не тільки по межах зерен у вигляді сітки (рис.7), але також і всередині зерен по площинах, розорієнтованих на 60, 120° (рис.8)).

Рис.1. Мікроструктура технічного заліза

Рис.2. Мікроструктура низьковуглецевої стали: ферит (світлий) і перліт

Рис.3. мікроструктура

середньовуглецевої сталі: ферит (світлий) і перліт

Рис.4. Мікроструктура доевтектоїдної сталі з підвищеним вмістом вуглецю: ферит (світлий) і перліт

Рис.5. Мікроструктура евтектоїдної сталі: перліт пластичний (а) і перліт зернистий (б)

Рис.6. Мікроструктура заевтектоідної сталі: перліт і сітка цементиту (світла) між зернами перліту

Рис.7. Мікроструктура доевтектоїдної сталі: перліт і сітчастий ферит (світлий)

Рис.8. Мікроструктура доевтектоїдної сталі: перліт і ферит відманштеттової будови