6.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы.
Линия АВСD – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации. При температуре выше этой линии сплав находится в жидком состоянии, ниже – начинается процесс кристаллизации.
AHIECF – линия солидус – геометрическое место точек конца кристаллизации.
GSECF – начало вторичной кристаллизации (перекристаллизации). При понижении температуры начинают происходить изменения в структурных составляющих сплава.
PSК – окончание вторичной кристаллизации (перекристаллизации).
Точка Е (при С = 2,14%) – характеризует предел растворимости углерода в аустените и делит диаграмму на две части: левую (стали) – для которых содержание углерода составляет до 2,14% и правую (чугуны) – для которых содержание углерода изменяется от 2,14 до 6,67%.
S – (при С=0,8%) – эвтектоидная точка образования перлита.
С – (при С=4,3%) – эвтектическая точка образования ледебурита.
6.3.3. Структура сталей.
Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода не превышает 2,14%.
По структуре в равновесном состоянии стали делятся на:
– доэвтектоидные, в которых содержание углерода изменяется от 0,02% до 0,8%. В данном случае сталь будет состоять из феррита и третичного цементита при С < 0,02% или перлита и феррита при 0,02% < С <0,8%. Микроструктура доэвтектоидных сталей показана на рис. 6.6, а,б;
– эвтектоидные, при С = 0,8%. В структуре стали чистый перлит (рис. 6.6, в);
– заэвтектоидные, в которых содержание углерода может изменяться от 0,8% до 2,14%. По структуре сталь будет состоять из перлита и цементита вторичного (рис. 6.6, г).
6.3.4. Чугуны. Структура чугунов.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14%. углерода (до 6,67%). Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы.
По структуре и форме выделения углерода чугун подразделяется на белый, серый и половинчатый.
В белом чугуне углерод находится в химически связанном состоянии, в виде цементита Fe3C, что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.
По структуре белый чугун делится на:
– доэвтектический, с содержанием углерода от 2,14 до 4,3%. Микроструктура такого сплава состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита (рис. 6.7, а);
|
|
|
|
|
перлит цементит вторичный г) |
|
Рис. 6.6. Микроструктура сталей: а – технически чистого железа; б – доэвтектоидной стали при 0,02% < С < 0,8%; в – эвтектоидной стали; г – заэвтектоидной стали
| |
|
|
|
|
в) ледебурит цементит первичный |
Рис. 6.7. Микроструктура белых чугунов: а – доэвтектического; б – эвтектического; в – заэвтектического
|
– эвтектический, в котором содержание углерода равно 4,3%. В структуре чистый ледебурит (рис. 6.7, б);
– заэвтектический, с содержанием углерода от 4,3 до 6,67%. В структуре ледебурит и первичный цементит (рис. 6.7, в).
Серый чугун содержит большую часть углерода в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.
В зависимости от формы графитовых включений серый чугун делится на:
– обычный серый чугун, в котором графит содержится в виде пластин (рис. 6.8);
– ковкий серый чугун – хлопьевидная форма графитовых включений (рис. 6.9);
– высокопрочный серый чугун, в котором графитовые включения имеют шаровидную форму (рис. 6.10).
При получении различных видов чугуна важную роль играет скорость охлаждения сплава: быстрое охлаждение сплава способствует получению белого чугуна, а замедленное – серого.
графит графит
графит графит
Рис. 6.8. Микроструктура обычных серых чугунов
|
|
|
Рис. 6.9. Микроструктура ковких серых чугунов:
а – перлитного; б – ферритного
|
а) |
б) |
в) |
|
|
|
|
Рис. 6.10. Микроструктура высокопрочных серых чугунов:
а – на перлитной; б – феррито-перлитной; в – ферритной основе
Свойства обычного серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь временное сопротивление при растяжении не менее 120 Н/мм2, а временное сопротивление при изгибе 280 Н/мм2.
Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.
Ковкий чугун получают после длительного отжига белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. В отличие от обычных серых, ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.
Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей.
При испытании обычного серого и высокопрочного чугунов определяют временное сопротивление при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – временное сопротивление при растяжении, относительное удлинение и твердость.
Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления в при растяжении (в МПа), уменьшенному в 10 раз. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный – "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий – "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 – серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 100Н/мм2;
ВЧ70 – высокопрочный чугун, в при растяжении 700 Н/мм2;
КЧ35 – ковкий чугун, в при растяжении 350 Н/мм2.
При маркировке чугунов могут использоваться две группы цифр, стоящих после букв. В случае обычного серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают временное сопротивление при растяжении, последующие две – временное сопротивление при изгибе. При маркировке высокопрочных и ковких чугунов в конце марки через тире приводится вторая группа цифр, указывающая на относительное удлинение (в процентах). Например, ВЧ38-17 (в 380 Н/мм2, 17%).