Анализ микроструктуры чугунов
Цель работы : 1. Изучить структуру белых чугунов. 2. Изучить структуру серых чугунов. 3. Провести анализ структуры чугунной отливки.
Теоретические сведения
Ч у г у н ы - это железоуглеродистые сплавы, испытывающие эвтектическое превращение. Они содержат углерод в количестве от 2,14 до 6,67 % . При одном и том же содержании углерода, в зависимости от условий охлаждения, чугун может быть белым или серым. В белых чугунах весь углерод содержится в связанном состоянии в виде цементита. В серых чугунах часть углерода (или весь углерод) находится в свободном состоянии в виде графита. Свое название белый и серый чугуны получили по виду излома.
Для анализа микроструктуры белых чугунов используют метастабильную диаграмму, “железоцементит” (рис. 2).
Структурными составляющими белых чугунов являются перлит, ледебурит и цементит. Перлит белых чугунов под микроскопом ничем не отличается ни по составу, ни по виду от перлита сталей. То же самое можно сказать и о цементите, только в чугунах его количество значительно больше, чем в сталях.
|
Рис. 2. Правая часть диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов (сплошные линии - метастабильная диаграмма “железоцементит”; пунктирные линии - стабильная диаграмма “железоуглерод”) |
|
Л е д е б у р и т - это эвтектика железоуглеродистых сплавов, представляющая собой в интервале температур 1147-727 оС смесь аустенита и цементита, а при температурах ниже 727 о С - смесь перлита и цементита. Под микроскопом ледебурит имеет светлый фон (цементит) с равномерно распределенными на нем темными участками (перлит). В зависимости от структуры белые чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Д о э в т е к т и- ч е с к и м и называют чугуны с содержанием углерода от 2,14 до 4,3 %. Их структура состоит из ледебурита, перлита и вторич- |
ного цементита. С увеличением содержания углерода количество ледебурита в доэвтектических чугунах увеличивается.
Э в т е к т и ч е с к и й чугун содержит 4,3 % углерода, его структура состоит из одного ледебурита. З а э в т е к т и ч е с к и м и называют чугуны с содержанием углерода свыше 4,3 % . Их структура состоит из первичного цементита в виде светлых игл и ледебурита.
В серых чугунах углерод частично или полностью находится в свободном состоянии в виде графита. Как правило, серые чугуны - это доэвтектические или эвтектические сплавы. Фазовые превращения в твердом состоянии в этих чугунах в зависимости от их состава и условий охлаждения могут приводить к выделению графита и (или) цементита. В связи с этим для анализа структуры серых чугунов используют оба варианта диаграммы “Fe - Fe3C” и “Fe - C” (диаграмму стабильного и диаграмму метастабильного равновесия).
В зависимости от способа получения и формы графитовых включений различают:
- серый чугун с пластинчатым графитом;
- ковкий чугун с хлопьевидным графитом;
- высокопрочный чугун (модифицированный) с шаровидным графитом.
Размер и форму графитовых включений определяют, рассматривая н е т р а в л е н ы й ш л и ф. При этом в микроскоп графит виден как темные участки на фоне светлой металлической основы.
В зависимости от количества связанного углерода структура металлической основы может быть различной: ферритной (Ссв = 0 %), перлитной (Ссв = 0,8 %), ферлито-перлитной (Ссв 0,8 %). Для выявления структуры металлической основы шлиф необходимо протравить. Таким образом, серый чугун может иметь структуру:
- феррит + графит;
- перлит + графит;
- перлит + феррит + графит.
При получении чугунных отливок в поверхностном слое охлаждение происходит довольно быстро, в результате чего структура коркового слоя может быть “отбеленной”, т.е. не иметь свободного углерода (графита). По мере приближения к центру отливки выявляется структура серого чугуна.
Расчет содержания углерода в серых и белых чугунах аналогичен расчету содержания углерода в сталях (см. лабораторную работу 4). Дополнительно принимается: содержание углерода в ледебурите (% Сл = 4,3 %), содержание углерода в графите (% Сг = = 100 %), плотность графита г = 2,3 г/см3, плотность чугуна ч = = 7,7 г/см3 .