Лабораторная работа № 5 изучение чугунов

Ц ель работы: изучить структуры белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов, их маркировку; способы получения ковких чугунов, влияние различных факторов на формирование структуры серых чугунов и формы графитовых включений.

План работы

1. Начертить диаграмму состояния системы железо - цементит, пунктиром нанести линии диаграммы системы железо - графит.

2. Выполнить микроструктурный анализ различных видов чугунов и сделать схематические зарисовки.

3. Изучить принцип маркировки чугунов по ГОСТам, их свойства и области применения.

Пояснения к работе

Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. В промышленных чугунах, кроме железа и углерода, содержатся кремний, марганец, сера и фосфор, причем в количествах, больших, чем в сталях.

Чугуны обладают лучшими, по сравнению со сталью, литейными свойствами (большей жидкотекучестью, меньшей усадкой), они дешевле стали, но уступают им по прочности и пластическим свойствам, не поддаются ковке.

Углерод в чугуне может находиться в двух состояниях: связанном — в виде карбидов и свободном — в виде графитовых включений различной формы .

В зависимости от этого различают чугуны:

- белый, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбидов; его излом имеет характерный белый блестящий цвет;

- серый, в котором основная часть углерода находится в свободном состоянии в виде графитовых включений пластинчатой формы;

- ковкий, в котором почти весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита, имеющего хлопьевидную форму;

- высокопрочный, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графитовых включений шаровидной формы.

Так как серые, ковкие и высокопрочные чугуны содержат графит, их изломы имеют серый цвет, из-за чего по цвету излома перечисленные чугуны называют серыми. Микроструктуры этих чугунов состоят из графитовых включений и металлической основы, которая может быть трех видов: ферритной, феррито-перлитной или перлитной.

Рассмотрение процесса кристаллизации чугунов с учетом термодинамических факторов и кинетики образования цементита и графита объясняет появление пунктирных линий на диаграмме системы Fe – Fe₃C и характер их расположения (рис. 5.1).

А

Рис. 5.1. Объединенная диаграмма состояния метастабильной системы

железо – цементит (сплошные линии) и стабильной системы

железо – графит (пунктирные линии)

Линия Е'С'F' (1153 °С) - линия фазового равновесия Ж↔А, на которой образуется графитная эвтектика.

Линия Р'S'К' (738 ^оС) - линия фазового равновесия А↔Ф+Г, где образуется графитовый эвтектоид.

Меньшая способность феррита, аустенита и жидкости растворять графит, чем цементит, приводит к тому, что ли­нии Q'Р', S'Е' и С'D' располагаются левее соответству­ющих линий QР, SE и СD.

В интервале температур 1153—738 ^оС из аустенита вы­падает вторичный графит, а аустенит изменяет свой состав по линии Е'S'.

При температурах, соответствующих линии С'D', кри­сталлизуется первичный графит.

Основными факторами, влияющими на процесс графитизации, являются химический состав и скорость охлаждения чугуна.