2. Контрольные вопросы

1. Какие виды химико-термической обработки Вы знаете? Перечислите их и кратко охарактеризуйте технологию проведения каждого вида?

2. Для каких деталей и из каких сталей рекомендуется цементация?

3. Какая термическая обработка следует после цементации?

4. В чем достоинства и недостатки азотирования?

5. Укажите основные виды азотирования.

6. Что такое диффузионная металлизация?

3. Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя фотографии микроструктуры сталей после различных видов химико-термической обработки.

2.Рассмотреть микроструктуру на каждом снимке и зарисовать её. На рисунке указать все фазы.

3.Для каждого рисунка указать вид химико-термической обработки и письменно изложить суть её технологии, цель проведения и указать стали для которых такую обработку целесообразно проводить.

4. На каждом рисунке, исходя из анализа структуры, указать общую и эффективную толщину диффузионного слоя.

Литература

Основная литература

1. материаловедение и технология металлов: Учебник для вузов / Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюхин В.М. - М.: Высш. шк., 2008. – 639 с.

2. Рогов В. А., Позняк Г. Г. Современные машиностроительные материалы и заготовки : учеб. пособие для вузов / Рогов В. А., Позняк Г. Г. - М.: Академия, 2008. - 329 с

3. Материаловедение: Учеб. для вузов/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Т.Ф. Косолапов и др.-7-е изд. испр. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 646 с.

Дополнительная литература

4. Классификация и правила маркировки металлических материалов. – Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2006. - 67 с.

5. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А.Вяткин и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

6. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А.С. Зубченко. - М.: Машиностроение, 2003. – 784 с.

7. Металловедение и термическая обработка стали. Справочн. В 3 т. - М.: Металлургия, 1991 - 368 с

Лабораторная работа № 4

Тема: «Идентификация микроструктуры чугунов»

Цель: изучить типичные микроструктуры чугунов

Задачи:

- ознакомиться с Государственными стандартами в области идентификации микроструктуры чугунов;

- научиться проводить анализ микроструктуры чугунов;

- выработать умение выносить суждение о качестве конструкционных материалов, соответствии микроструктуры Государственным стандартам.

1. Теоретическая часть Основные сведения о структуре чугунов

Чугуном называется сплав железа, углерода (от 2 до 6,6 мас. %) и других элементов (кремния, марганца, фосфора, серы и др.). Чугун отличается от стали по составу более высоким содержанием угле­рода, по технологическим свойствам – лучшими литейными качествами, ма­лой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не под­дается ковке). Чугун де-шевле стали.

Микроструктура чугуна. В чугуне углерод может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fе₃С) и в свободном состоянии в виде включений графита. В за­висимости от количества связанного углерода чугун подразделяют на серый, половинчатый и белый. В сером чугуне химически связанного углерода менее 0,8%, в половинчатом более 0,8%, в белом чугуне почти весь углерод находится в состоянии Fе₃С. Пластинчатая форма графита ухудшает свойства чугуна, поэтому разрабо­таны методы плавки или последующей обработки, при которой изменяется форма графита, и улучшаются свойства.

В настоящее время получают серый чугун с волокнистой (червеобразной) формой графита. Такой графит получил название вермикулярный [vermiculus (лат.) червь, отсюда вермишель]; высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или пол­ностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита; ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод, или значительная часть его находится в сво­бодном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига).

Чугунные отливки могут иметь следующие структурные составляющие: феррит, перлит, ледебурит, фосфидную эвтектику и графит. По микроструктуре чугуны подразделяют на белый (рисунок 1, I), в котором имеется ледебуритный цементит и перлит; серый перлитный чугун с перлитом и графитом (рисунок 1 III); серый ферритный чугун с ферритом и графитом (рисунок 1, V). Кроме основных видов чугуна, применяют чугуны с промежуточными микроструктурами: половинчатый, в котором содержится перлит, ледебурит и графит (рисунок 1 II); перлитно-ферритный с ферритом, перлитом и графитом (рисунок 1 IV).

Рисунок 1 - Схемы микроструктур чугуна:

1 - перлит; 2 - графит; 3 - шаровидный графит; 4 - феррит;

5 - цементит

Чугун с пластинчатым графитом. В сером чугуне графит имеет пластинчатое строение (рисунок 1 V), а в высокопрочном чугуне - шаровидную форму (рисунок 1 VI). Механические свойства чугуна обусловлены его микроструктурой. В России различают 11 марок серого чугуна: СЧ 00,СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 36-56, СЧ 40-60, СЧ 44-64 (буквы СЧ означают серый чугун, первое число - минимальный предел прочности при растяжении, второе число - минимальный предел прочности при изгибе). Допускается маркировать серый чугун только одной цифрой, показывающей временное сопротивление при растяжении: СЧ10, СЧ20, Сч35 и т.д. Требования к серому чугуну по механическим свойства оговорены ГОСТом 1412-85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок».

Чугун марки СЧ 00 имеет ферритную структуру; начиная с СЧ 24-44 до СЧ 44-64 (СЧ24 – СЧ44) - перлитную структуру, а остальные – ферритно-перлитную структуру (см. рисунок 2). На образование той или иной микроструктуры оказывает влияние химический состав чугуна. Углерод и кремний способствуют выделению графита; хром, сера и частично марганец - образованию цементита.

Строение графита существенно влияет на механические свойства чугуна. Минимальную прочность имеет чугун с пластинчатым строением графита, максимальную - с шаровидным. Для повышения качества отливку иногда подвергают термической обработке: отжигу для удаления отбеленного слоя (структуры белого чугуна), отпуску для снятия внутренних напряжений. Повышение прочности серого чугуна возможно легированием и модифицированием.

Рисунок 2 – Классификация чугунов по строению металлической основы и форме графитных включений

Чугун с шаровидным графитом для отливок. При введении в чугун перед разливкой магния или церия графит кристаллизуется в шаровидной или близкой к нему форме (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). Этот процесс называется модифицированием. Шаровидный графит в меньшей степени, чем пластинчатый, ослабляет сечение металлической матрицы и, главное, не является таким сильным концентратором напряжений. Это обстоятельство в сочетании с возможностью формировать необходимую структуру металлической матрицы позволяет придавать чугунам высокую прочность, пластичность и повышенную ударную вязкость.

Чугуны с шаровидным графитом, используемые в промышленности с 40-х годов, называют высокопрочными и, в соответствии с ГОСТ 7293–85 «Чугун высокопрочный с шаровидным графитом», маркируются буквами ВЧ, за которыми следует число, указывающее значение временного сопротивления при растяжении в МПа • 10^-1. Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, серы – до 0,3%, фосфора – до 0,12%, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %. Высокопрочные чугуны могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное. В таблице 1 приведены механические свойства высокопрочного чугуна.

Таблица 1 - Механические свойства высокопрочного чугуна

Наименование показателя	Значение
предел прочности при растяжении, МПа (кгc/см2)	420 (42)
относительное удлинение, %	5
твердость изделий не более, НВ	250
предел текучести, МПа (кгс/мм2)	300 (30)

Высокопрочный чугун используют для замены серого чугуна с плас-тинчатым графитом, если необходимо увеличить срок службы изделия или снизить массу. Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают высокой циклической вязкостью, удовлетворительной свариваемостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Типы микроструктуры чугуна регламентируются ГОСТ 3443-87 «Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения микроструктуры». Этот стандарт соответствует международному стандарту ИСО 945-75. По этому ГОСТу путем визуального сопоставления микроструктуры, видимой в микроскопе, со структурой эталона соответствующей шкалы, можно провести идентификацию структуры чугуна. При определении графита оценке подлежали: форма, распределение, размеры, количество включений графита. При определении металлической основы оценке подлежали: вид структуры, форма перлита, содержание перлита (или феррита).

Микроструктуры различных видов чугуна представлены на рисунке 3.

а

б в

Рисунок 3 – Структура различных видов чугуна

а – серый; б – высокопрочный; в – ковкий