16.Фазовий склад вуглецю

Залізо високої чистоти - це метал білого кольору із сильно виявленими феромагнітними властивостями. Міцність заліза а_в = 200...250 МПа, твер­дість за Бринеллем 60...80 НВ, відносне видовження 5 = 40...50 %.

При нормальній температурі залізо має ОЦК решітку. Ця модифікація заліза називається сс-залізом (Fe_a). При температурі 768 °С сс-залізо втра­чає магнітні властивості. Втрата ця не пов'язана з перебудовою атомів у кристалічній решітці, тобто ОЦК решітка при цьому зберігається. Щоб відрізнити магнітне ос-залізо від немагнітного, немагнітне іноді назива­ють (3-залізом (Fea). При температурі 911 °С сх((3)-залізо перетворюється в у-залізо (Fe_y) з ГЦк решіткою. При температурі 1392 °С ГЦК решітка знову перетворюється в ОЦК. Цю модифікацію на відміну від низькотемпера­турної ОЦК решітки називають 8-залізом (Fe₅). При температурі 1539 °С залізо плавиться.

Критичні точки (температури), які відповідають певним перетворен­ням у залізі, мають спеціальні позначення. Так, температуру магнітного перетворення Fe_a —> Fep позначають через А₂, температуру перетворення Fep —> Fe_y- через А₃, а температуру перетворення Fe_y—> Fe₅- через А₄. Крім того, коли йдеться про перетворення при нагріванні, то до позна­чення критичної точки додають індекс c-A_Cv А_Су а при перетвореннях, що відбуваються при охолодженні, - індекс r (Ar_v Аг₃). Додавання до за­ліза інших компонентів зміщує положення критичних точок.

Вуглець - це неметалевий елемент з температурою плавлення 3500 °С. Із залізом він утворює тверді розчини або хімічні сполуки, а в певних умовах може виділятись у вигляді графіту.

Гранична розчинність вуглецю в a-залізі при нормальній температурі не перевищує 0,006 %.Такий розчин є практично чистим залізом. Назива­ють його феритом (Ф). Міцність фериту ст_в = 250...300 МПа, твердість 90... 100 НВ і відносне видовження 5 =30...40 %.

Твердий розчин вуглецю в у-залізі називається аустенітом (А). Роз­чинність вуглецю в аустеніті з підвищенням температури збільшується від 0,8 (727 °С) до 2,14 % (1147 °С). Аустеніт немагнітний і має підвищену по­рівняно з феритом пластичність.

17. Металокерамічні тверді сплави

Металокерамічні тверді сплави.

Основною складовою таких сплавів є карбіди вольфраму, титану і танталу.Як зв’язуючий компонент використовують кобальт.

Металокерамічні сплави випускають трьох груп: вольфрамова - марки ВКЗ,ВК6, ВК10КС, ВК20, ВК25; титано-вольфрамова - марки Т3К4, Т15К6, Т5К12та ін.; титано-тантало-вольфрамова - марки ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 та ін. Вольфрамова група, наприклад, ВК6 містить 6 % Со, решта карбід вольфраму(WC). Титано-вольфрамова, наприклад, Т15К6 містить 15 % ТіС, 6 % Со, решта WC.Титано-тантало-вольфрамова, наприклад, ТТ20К9 містить 20 % карбіду титану і танталу, 9 % Со, решта WC. Металокерамічні сплави використовують, як інструмент для обробки різанням металів, сплавів, пластмас, деревини, каменю. Також виготовляють філь’єри і матриці для волочіння та пресування.

18Питання

СІРИЙ ЧАВУН. Структура його, як і білого чавуну, формується під час первинної кристалізації рідкого сплаву, але при більш повільному охолодженні. Перетворення, які при цьому мають місце, відповідають стабільній діаграмі залізо-графіт. Так, при температурах, що відповідають лінії CD' (рис.11), починається кристалізація графіту. При температурі 1153 ⁰C (лінія E'C'F') утворюється графітна евтектика (аустеніт + графіт).

При зниженні температури до 738 ⁰C (відповідно з лінією S'E') з аустеніту виділяється вторинний графіт, при 738 ⁰C (лінія P'S'K') утворюється евтектоїд, який складається з фериту та графіту. Більшість графіту в сірих чавунах з'являється під час первинної кристалізації із рідкої фази. Евтектичний, евтектоїдний та вторинний графіти самостійних виділень не утворюють, а нашаровуються на первинний графіт.

Окрім повільного охолодження значною графітизуючою дією відзначається кремній, тому для формування структури сірого чавуну в нього додають до 3...4 % кремнію. Корисним у чавунах є фосфор, тому що він утворює легкоплавку фосфідну евтектику з низькою температурою плавлення. Вона суттєво збільшує рідинотекучість, що особливо важливо при виробництві тонкого та фасонного литва. Наявність у структурі чавуну включень фосфідної евтектики підвищує також антифрикційні властивості. Більшу міцність мають чавуни з невеликими за розміром графітними включеннями, якщо вони до того ж мають завихрену форму та ізольовані один від одного.

Чавун з великою кількістю прямолінійних великих графітних пластин, гострі кромки яких виступають як активні концентратори напруги, має грубозернистий злам та низькі механічні властивості. Пластичність сірого чавуну практично нульова (δ ~ 0,5 %).

Незважаючи на низькі механічні властивості, сірі чавуни мають цілий ряд позитивних якостей, що і обумовлює їх широке застосування (як ливарні матеріали, які дешеві, добре обробляються різанням, мають високі антифрикційні та антикорозійні властивості, витримують стискальні навантаження, гасять вібрацію та малочутливі до зовнішніх концентраторів напруги (надрізи, виточки тощо). Із сірих чавунів виготовляють станини верстатів, блоки циліндрів, поршневі кільця, сантехнічні вироби, корпуси редукторів тощо.

Приклад маркування: СЧ 25 - сірий чавун з межею міцності при розтягуванні приблизно 250 МПа.

ВИСОКОМІЦНІ ЧАВУНИ. їх висока міцність зумовлена кульовидною формою графітних включень, які хоч і є концентраторами напруги, але значно менш активними, ніж графітні включення з пластинчатою формою в сірих чавунах. Щоб отримати кульовидний графіт, рідкий чавун перед розливкою модифікують, тобто вводять у нього магній у невеликій кількості (до 0,02...0,08 %). Але у зв'язку з тим, що модифікування чистим магнієм супроводжується сильним піроефектом, часто замість магнію вводять так звані лігатури (наприклад, сплав магнію та нікелю).

Високоміцні чавуни ефективно замінюють сталь у багатьох виробах та конструкціях. Із них виготовляють колінчаті вали двигунів, поршні, шестерні, прокатні вали, корпуси парових турбін.

Приклад маркування: ВЧ 40 - високоміцний чавун з межею міцності при розтягуванні 400 МПа.

КОВКІ ЧАВУНИ. Графітні включення у формі пластівців, що є характерною ознакою ковких чавунів, утворюються під час відпалу білих доевтектичних чавунів. Такий графіт на відміну від пластинчатого менше знижує механічні властивості. Тому ковкий чавун порівняно з сірим більш міцний та пластичний.

Виливки (тобто вироби готової кінцевої форми) з білого чавуну, що відпалюються на ковкий чавун, повинні бути тонкостінними, з товщиною стінки не більше 50 мм, інакше в середині виробу за рахунок повільного охолодження буде утворюватися пластинчатий графіт, як у сірому чавуні. В останньому випадку такий чавун не придатний до відпалу, оскільки не забезпечить потрібного рівня механічних властивостей готового виробу. З цієї ж причини первинні білі чавуни повинні мати знижений вміст графітизуючих елементів — вуглецю та кремнію.