- •Введение
- •Лекция 1 кристаллическое строение металлов
- •Металлический тип связи в кристаллах
- •1.2. Кристаллизация
- •1.3. Модифицирование сплавов
- •1.4. Форма кристаллических образований
- •1.5. Строение металлического слитка
- •1.6. Пластическая деформация и рекристаллизация
- •1.6.1 Упругая и пластическая деформация металлов
- •1.6.2 Наклеп (нагартовка) металлов.
- •1.6.3 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •1.6.4 Холодная и горячая деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 2. Теория сплавов
- •2.1 Виды взаимодействия компонентов в сплавах
- •2.2 Простейшие типы диаграмм состояния сплавов
- •1 Вариант (рис. 2.9).
- •2 Вариант диаграммы 3 типа
- •2.3 Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 3 железо и его сплавы.
- •3.1 Аллотропия железа.
- •3.2 Фазы в железо-углеродистых сплавах.
- •3.3 Структурные составляющие железо-углеродистых сплавов
- •3.4 Структура сталей в равновесном состоянии
- •3.5 Чугун.
- •3.5.1 Белый чугун.
- •3.5.2 Процесс графитизации
- •3.5..3 Серый чугун
- •3.5.4 Высокопрочный чугун (с шаровидным графитом)
- •3.5.5 Ковкий чугун
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 4 теория термической обработки стали
- •4.1 Превращения в стали при нагреве
- •4.2 Измельчение и рост аустенитного зерна при нагреве
- •4.3 Превращения в стали при охлаждении.
- •4.4 Перлитное превращение
- •4.5 Мартенситное превращение
- •4.6 Превращение мартенсита и остаточного аустенита при нагреве (отпуск стали)
- •4.7 Технология термической обработки стали
- •4.7.1 Отжиг
- •4.7.1.1 Отжиг I рода
- •4.7.1.2 Отжиг II-го рода (с фазовой перекристаллизацией)
- •4.7.2 Закалка
- •4.7.2.1 Выбор температуры закалки
- •4.7.2.2 Охлаждающие среды при закалке
- •4.7.2.3 Закаливаемость и прокаливаемость стали
- •4.7.2.4 Способы закалки
- •4.7.2.5 Закалка с обработкой стали холодом
- •4.7.3 Отпуск
- •4.7.4 Нормализация
- •4.8 Термомеханическая обработка (тмо)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 5 Химико-термическая обработка
- •5.1 Цементация стали
- •5.2 Азотирование
- •5.3 Цианирование (нитроцементация)
- •5.4 Диффузионная металлизация и диффузионное насыщение другими элементами
- •5.5 Поверхностный наклеп
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 6 поверхностное упрочнение стали
- •6.1 Поверхностная закалка
- •6.2 Закалка твч
- •6.3 Закалка с газопламенным нагревом
- •Вопросы для самоконтроля
- •Содержание
3.5.2 Процесс графитизации
Для управления структурой, а значит, свойствами чугуна, нужно понимать, при каких условиях углерод в чугуне будет выделятся в виде графита, при каких – в виде цементита.
Нужно знать, что более устойчивой из этих двух фаз является графит, а цементит – метастабильная фаза, которая может распасться на железо и графит (Fe3C→3Fe+Cгр).
Цементит по структуре ближе к железу, чем графит, поэтому образоваться зародышу цементита значительно легче, тогда как работа образования зародыша графита велика.
Цементит и по составу (6,67% С) ближе к чугуну, чем графит, который содержит 100%С. Из всего сказанного можно сделать вывод, что цементиту образоваться значительно легче, чем графиту. Во-первых, трудно образоваться зародышу графита, во-вторых, рост кристалла графита может идти при условии подвода атомов углерода и отвода атомов железа.
Процессу графитизации способствуют следующие факторы:
1)Медленное охлаждение расплава при кристаллизации. При ускоренном охлаждении (тонкая стенка отливки, металлическая форма, холодильники в форме) может получаться структура белого чугуна или в поверхностном слое (отбеленный чугун), или насквозь.
2)Наличие в расплаве элементов, которые ослабляют связи Fe и С; в этом случае Fe3C не образуется, и углерод выделяется в виде графита. К таким элементам-графитизаторам относятся С, Si, Cu, Ni, Al и др.
Содержание отбеливающих элементов, усиливающих связи Fe c C, должно быть уменьшено. К таким отбеливающим элементам относятся Mn, S, Cr, Mo, W и др.
3)Наличие в расплаве центров графита, роль которых играют мельчайшие частицы различных включений, примесей и самого графита. На этих частицах начинается процесс кристаллизации графита. Центры графита можно ввести, проводя процесс модифицирования веществами, которые дают центры для графита: в разливочный ковш вводят, например, ферросилиций, силикокальций. Кремний, окисляясь, дает готовые центры графита, т.к. SiO2 имеет параметры решетки, которые близки графиту. Кроме того, кремний, растворяясь в рсплаве, как бы вытесняет из него углерод, являясь активным графитизатором. В результате такого модифицирования графит становится мелким и равномерно распределенным в стальной металлической основе чугуна.
3.5..3 Серый чугун
Серый чугун – это сплав железа с углеродом (≥ 2,5% С) и кремнием (≥ 1%). Примесями является Mn, S, P. Кроме того, серые чугуны изготавливают легированными (Cu, Ni, Cr, Mo, Ti, Al и др.).
Для серого чугуна характерна пластинчатая форма графитных включений. Такая форма графита получается в чугунах, не очищенных от газовых примесей и серы, в условиях замедленного охлаждения. Чем тоньше стенка отливки, тем больше должно быть суммарное содержание C+Si, которые являются главными графитизаторами. Серые чугуны выплавляют чаще всего в вагранке, которая имеет очень высокую производительность (до 100 т/ч), но расплав чугуна загрязнен примесями и имеет пониженную температуру (до 1300-13500С). Серый чугун имеет небольшую усадку (~ 1%), высокую жидкотекучесть, т.е. высокие литейные свойства. Главный недостаток серого чугуна – малое сопротивление растягивающим (изгибающим) нагрузкам, т.к. пластины графита являются как бы микротрещинами. В связи с этим серый чугун непластичен ( ≤ 1,5%), показатели прочности при растяжении низкие, что видно и по маркировке: в марке серого чугуна цифра – это временное сопротивление чугуна при разрыве , кгс/мм2. Существуют следующие марки серого чугуна: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35; выше 35 кгс/мм2 имеют модифицированные или легированные серые чугуны СЧ40 и СЧ45.
Твердость, износостойкость и прочность серого чугуна зависит не только от формы, размеров и расположения графитных включений, но и от структуры металлической основы: наименее прочными и износостойкими являются чугуны с ферритной металлической основой. Для деталей, работающих на износ, применяется перлитный серый чугун, где не допускаются включения феррита.
Чугуны СЧ10, СЧ15 (ферритного класса) применяются для деталей неответственного назначения (крышки, шкивы и т.д.); СЧ20, СЧ25 – для станин и др. деталей станков, блоков цилиндров и т.д.; СЧ30, СЧ35 – для барабанов, шестерен, гильз цилиндров.
Для ответственных деталей машин сложной конфигурации, а также в случае работы в тяжелых условиях износа применяются высокопрочные чугуны, которые часто заменяют сталь. Преимущества чугуна по сравнению со сталью: хорошие литейные свойства (высокая жидкотекучесть, малая усадка), что удешевляет изготовление деталей, хорошая обрабатываемость резанием (графит делает стружку ломкой), высокие антифрикционные свойства (смазывающее действие графита), нечувствительность к дефектам поверхности, надрезам, чугун гасит вибрации.