В.Н. ШИШЛЯЕВ

УДК 621.74:669 Ш55

Рецензенты:

Кафедра художественного и промышленного литья Московского государственного вечернего металлургического института, заведующий кафедрой проф. Е.Г. Савченко;

Академик РАЕН, д-р техн. наук проф. Л.М. Клейнер

Шишляев В.Н.

Ш55 Железоуглеродистые литейные сплавы: Учебное пособие / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2005. - 162 с.

Приведены общие сведения, справочные данные о составах, механических и эксплуатационных свойствах железоуглеродистых сплавов. Рассмотрены процессы кристаллизации и структурообразования при затвердевании чугуна и стали. Описаны структура и свойства литейных железоуглеродистых сплавов.

Пособие написано в соответствии с программой курса «Литейные сплавы и плавка» и предназначено для студентов очного и заочного отделений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 651400 «Машиностроительные технологии и оборудование», специальности 120300 «Машины и технология литейного производства».

УДК 621.74:669

© Пермский государственный технический университет, 2005

Прогнозы развития техники показывают, что железоуглеродистые сплавы еще длительное время будут оставаться основным конструкционным материалом в современном мире. Диапазон механических и служебных свойств сталей и чугунов настолько широк, что они могут использоваться во всех отраслях промышленности.

Стали характеризуются сочетанием высокой прочности и пластичности. Они обеспечивают надежность и долговечность изделий в широком диапазоне требований и являются, в некотором роде, универсальным материалом.

Современная номенклатура графитизированных сплавов в состоянии удовлетворить самые высокие требования, которые конструкторы предъявляют к отливкам.

Серый чугун с пластинчатым графитом имеет прекрасные литейные свойства, хорошие антифрикционные свойства и износостойкость. Высокопрочные и ковкие чугуны новых марок по своим механическим характеристикам превосходят литые стали, сохраняя хорошие литейные свойства.

Специальные легированные чугуны могут быть использованы для деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или при трении в абразивных условиях.

Имеются все основания полагать, что с течением времени роль и значение железоуглеродистых сплавов в машиностроении и других отраслях промышленности будут непрерывно возрастать.

В связи с широким применением железоуглеродистых сплавов в промышленности, изучению сталей и чугунов уделяется большое внимание в технических вузах.

1. ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ и свойств ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

1.1. Общие сведения о железе и железоуглеродистых сплавах

Впервые человек познакомился с железом около шести тысяч лет тому назад. Самые древние железные изделия представляли собой обработанные кусочки метеоритов, состоящих в основном из железа, никеля (8-10 %), кобальта (до 1 %) и других элементов. Производство железа из руд началось за 2000 лет до нашей эры. Так называемое кричное железо содержало большое количество неметаллических включений, но было мягким и сравнительно легко подвергалось ковке. Так как в сыродутных горнах железную руду восстанавливали древесным углем, то конечный продукт неизбежно насыщался углеродом и, скорей всего, представлял собой мягкую

понижения степени его чистоты (повышаются прочность и твердость снижается пластичность) и могут колебаться в следующих пределах:

При нагревании железо претерпевает два полиморфныепревращения и, соответственно, имеет три модификации. Критические точки превращений в железе и его сплавах обозначают буквой А с подстрочным порядковым индексом, а модификации кристаллических решеток греческими буквами а , у , 8.

Низкотемпературная модификация ( a -железо) имеет объемно-

обозначают Fe

При температуре 768 °С (Д2), известной как точка Кюри, а-железо испытывает магнитное превращение. Ниже этой температуры оно ферромагнитно, выше парамагнитно. Раньше немагнитное железо обозначали Fep, но так как в ходе магнитного превращения происходит лишь перестройка электронных оболочек без изменения типа решетки, то от использования термина (3 -железо отказались. Пропущенная критическая точка А1 (727 °С) соответствует переходу аустенит —► перлит в железоуглеродистых сплавах. Если критическая точка достигается при нагреве железа или его сплавов, то она обозначается дополнительным индексом с (например, Дс3).

Благодаря наличию у железа полиморфных превращений, имеется возможность изменять структуру и свойства сплавов на его основе путем легирования и термической обработки.

Мягкое и малопрочное железо в чистом виде практически не применяется. Основу промышленных сплавов составляет двойная система железо - углерод.