Література
Алаи С.И. Практикум по машиноведению. – М.: Просвещение, 1985. – 383 С.
Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1985.
Самохоцкий А.И. Лабораторные работы по металловедению термической обработке металлов, 1981
Рудик Д.Ф. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів. – К.: 1975. – 156 С.
Справочник по практическому металловедению. – К.: Техника, 1984
Завдання до роботи
Серед виданих викладачем зразків чавуну шляхом мікроструктурного аналізу визначити білий, сірий пластин-чатий, сірий ковкий та сірий високоміцний.
Користуючись фотоальбомом визначити тип сталь--ної основи сірих чавунів.
Скласти звіт про роботу. Результати дослідження занести в таблицю 6.1.
Таблиця 5.1
№ зразка |
Схематичне зображення мікроструктур |
Збільшення |
Описання мікроструктури |
Тип чавуну |
|
|
|
|
|
Додаток для самостійної роботи Мікроструктура чавунів
Чавунами називають залізовуглецеві сплави, в яких вміст вуглецю становить від 2,14% до 6,67%. На практиці вважають, що в чавунах міститься вуглецю більше 2%. Однак, чавуни від сталі різняться ще й вмістом домішок. У них більше, як корисних, так і шкідливих домішок. Наприклад, у чавунах міститься біля 1,7% марганцю і стільки ж кремнію. Тоді, як у сталях їх біля 1,5%.
Сірки в чавунах допускається 0,05%, а в сталях 0,03%. Фосфору в чавунах допускається біля 0,07%, а в ливарних навіть 1%, тоді як у сталях – 0,05%.
Чавуни і сталі значно відрізняються за будовою. Власне в цьому і полягає розподіл залізовуглецевих сплавів на чавуни і сталі. Починаючи з концентрації вуглецю 2,14%, в залізовуглецевих сплавах виділяється графіт. Він збирається в певній області і приводить до значного погіршення механічних властивостей сплавів.
Проте, не весь вуглець об’єднується в графіт. Певна його частина (до 0,8%) залишається в розчині чи в зв’язаному стані із залізом. Коли мисленно з чавуну видалити графіт, то залишилась би доевтектоїдна сталь (стальна основа чавуну). Хоча є окремий випадок, коли в чавуні не виділяється графіт, він знаходиться в зв’язаному стані в цементиті. Такий чавун називають білим (рис 6.1). Так його назвали із-за того, що він має світлий (подібний до сталі) колір.
Білий чавун отримують швидким охолодженням розплавленого чавуну. У такому разі атоми вуглецю не встигають дифузійно об’єднатись в окремих областях у графіт.
При швидкій кристалізації розплавленого чавуну в кінцевому рахунку утворюються зерна перліту, цементиту і ледебуриту, в доевтектичному – П + Ц(ІІ) +Л, евтек-тичному – Л, заевтектичному – Л+Ц(І).
Ледебурит – механічна суміш перліту з цементитом. Після травлення розчином азотної кислоти в спирті перліту в ледебуриті темний, цементит світлий.
Кристалізація заевтектичних чавунів, як видно з діаграми залізо-цементит починається по лінії СD виділе-нням з рідкого сплаву цементиту Fe3 C. Зменшення вуглецю відбувається по точках лінії СD. Після досягнення 1140 ºС рідкий сплав набуває евтектичної концентрації 4,3% С і твердне при сталій температурі з утворення евтектики. Після остаточного охолодження заевтектичний чавун складається з ледебуриту і первинного цементиту. Під мікроскопом на шліфі видні великі світлі довгі голки – первинний цементит, а ділянки з точковими темними краплинами – ледебурит.
Основним фактором, що впливає на кристалізацію сірого чавуну і сприяє графітизації, є мала швидкість охолодження. Графіт виділяється у вигляді пластин (рис. 6.3). Процесу графітизації сприяють елементи С, Ni, Cu та ін. До відбілючих елементів, що заважають графітизації належать Mn, Cr, W, S тощо.
Важливими елементами, що входять до складу чаву-ну, є кремній і марганець. Зміна кількості кремнію при постійному вмісті марганцю впливає на вуглець у вільному вигляді, тобто по-різному на ступінь кристалізації, який визначає характер стальної основи сірого чавуну. За ступенем графітизації розрізняють кілька видів сірих чавунів: феритний, перліто-феритний, перлітний.
Феритна структура чавуну складається з фериту + графіту. На шліфі видні темні великі пластинки – графіт, основне світле поле – ферит.
Перліто-феритна структура чавуну складається з фериту + перліту + графіту. На шліфі видні темні великі завихрені пластинки – графіт, сірий фон - пластинчатий перліт, світлий фон – ферит. Графіт і ферит розташовані поряд, тому що вони є продуктом розпаду цементиту.
Перлітна структура чавуну складається з перліту + графіту. На шліфі темні великі пластинки – це графіт. Основне поле – пластинчатий перліт.
Якщо доевтектоїдний білий чавун відпалити, то утвориться ковкий чавун. При відпалі цементит білого чавуну розпадається, а вуглець виділяється у вільній формі у вигляді пластинчатих гніздоподібних включень – пластівців (рис. 5.4).
Та чи інша структура ковкого чавуну залежить від режиму відпалу. Ковкий чавун може мати феритну або перлітну стальну основу.
Перлітна структура ковкого чавуну складається з перліту + фериту + графіту. Основна структура чавуну перлітна. Феритна структура ковкого чавуну складається з фериту + графіту відпалу. На шліфі буде основний світлий фон – зерна фериту, а темні включення – графіт відпалу.
Якщо в рідкій чавун перед розливанням добавити модифікатора (наприклад магнію), то отримують високо-міцний чавун. Структура такого чавуну складається з перліту + округленого графіту (сферичного) + фериту, який великими острівками оточує графіт (рис. 6.5).
Маркуються чавуни буквами та цифрами. Букви визначають вид чавуну. Перше число вказує міцність на розлив, друге – відносне видовження при розтягу у відсотках. СЧ – сірий чавун пластинчатий, КЧ – сірий ковкий чавун, ВЧ – високоміцний чавун.
Сірий пластинчаті чавуни не піддаються розтягу, тому в їх маркуванні відносне видовження не вказується. Наприклад, СЧ 16; КЧ 20-6; ВЧ 25-6.
Типовий графік відпалу ковкого чавуну приведений на рис. 6.1.
Рис. 5.1. Графік відпалу ковкого чавуну
Таблиця 5.2. Марки та хімічний склад сірих чавунів
Марка чавуну |
Масова частка елементів, % | ||||
вуглецю |
кремнію |
марганцю |
фосфору |
сірки | |
не більше ніж | |||||
СЧ 10 СЧ 15 СЧ 20 СЧ 25 СЧ 30 СЧ 35 |
3,5 - 3,7 3,5 -3,7 3,3 - 3,5 3,2 - 3,4 3,00 -3,2 2,9 - 3,0 |
2,2 - 2,6 2,0 - 2,4 1,4 - 2,4 1,4 - 2,2 1,3 - 1,9 1,2 - 1,5 |
0,5 - 0,8 0,5 – 0,8 0,7 – 1,0 0,7 – 1,0 0,7 – 1,0 0,7 – 1,1 |
0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 |
0,15 0,15 0,15 0,15 0,12 0,12 |
Таблиця 5.3. Марки та механічні властивості ковких чавунів
Марка чавуну |
σм, МПа |
δ, % |
НВ, МПа |
не менше ніж | |||
КЧ 30-6 КЧ 33-8 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 45-7 КЧ 50-5 КЧ 55-4 КЧ 60-3 КЧ 65-3 КЧ 70-2 КЧ 80-1,5 |
300 330 350 370 450 500 550 600 650 700 800 |
6 8 10 12 7 5 4 3 3 2 1,5 |
1000 - 1630 1000 - 1630 1000 - 1630 1100 – 1630 1500 – 2070 1700 – 2300 1920 – 2410 2000 – 2690 2120 – 2690 2410 – 2850 2700 - 3200 |
Вироби для відпал з білого чавуну упаковують в ящики з піском, для запобігання окислення пічними газа-ми. Ящики вставляють у піч із звичайною або нейтральною атмосферою. У печі піднімають температуру до 950 °С і при цій температурі витримують біля 15 годин, потім повільно охолоджують до 740 ºС і знову витримують біля 30 годин і повільно охолоджують до кімнатної темпе-ратури.
Таблиця 5.3. Марки та механічні властивості високоміцних чавунів
Марка чавуну |
σм, МПа |
δ, % |
НВ, МПа |
не менше ніж | |||
ВЧ 35 ВЧ 40 ВЧ 45 ВЧ 50 ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ 80 ВЧ 100 |
350 400 450 500 600 700 800 1000 |
22 15 10 7 3 2 2 2 |
1400 - 1700 1400 – 2020 1400 – 2250 1530 – 2450 1920 – 2770 2280 – 3020 2480 – 3510 2700 - 3600 |
Таблиця 5.4. Марки, механічні та фізичні властивості сірих чавунів
Марка чавуну |
Механічні властивості |
Фізичні властивості | ||
σм, МПа не менше ніж |
НВ, МПа |
Густина γ, кг/м3 |
Лінійна усадка ε, % | |
СЧ 10 СЧ 15 СЧ 20 СЧ 25 СЧ 30 СЧ 35 |
100 150 200 250 300 350 |
1200-2050 1300-2410 1430-2550 1560-2600 1630-2700 1790-2900 |
6800 7000 7100 7200 7300 7400 |
1,0 1,1 1,2 1,2 1,3 1,3 |
Рис. 5.2. Білий чавун.
Ледебурит з перлітом, вуглець – 3,03% ×500
Рис.5.3. Сірий пластинчатий чавун,
вуглець-глобуля, ×150
Рис. 5.4. Ковкий чавун, × 300