Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Материаловедение изучение микроструктуры чугунов

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Утверждаю

Ректор университета

__________________

«____»____________2008 г.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЧУГУНОВ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы №5

для студентов всех специальностей и форм обучения

Издание 4-е, стеоретипное

Брянск 2008

УДК 669.01

Материаловедение. Изучение микроструктуры чугунов: методические указания к выполнению лабораторной работы №5 для студентов всех специальностей и форм обучения.- Изд. 4-е, стер. – Брянск: БГТУ, 2008 – 17 с.

Разработал:

канд. техн. наук, доц.,

Печатается по изданию: Материаловедение. Изучение микроструктуры чугунов. Методические указания к выполнению лабораторной работы №5 для студентов всех специальностей и форм обучения.- Изд. 3-е, переработанное. – Брянск: БГТУ, 2000. – 15 с.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы — изучение типичных микроструктур чугунов и установление связи между их микро-строением, классифика­ционными признаками и механическими свойствами.

В ходе выполнения рабоы приобретаются практические навыки определения форм структурных составляющих металлической основы чугунов и графитных включений.

Выполнению этой работы должно предшествовать знакомство студентов с классификацией графитных включений определением струк­турных составляющих металлической основы чугунов.

Работа выполняется за 2 часа.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЕ О ЧУГУНАХ

Чугун является одним из основных среди литейных материалов, применяемых в металлургии и машиностроении. Широкое распространение отливок из чугуна объясняется экономической целесообразностью по­лучения деталей сложной формы путем литья.

Чугун отличается лучшими технологическими свойствами: жидкотекучестью, хорошим заполнением формы в тонких сечениях и малой усадкой.

2.1. Классификация чугунов по состоянию

углерода и форме графита

Чугунами называются сплавы железа с углеродом и другими элементами при содержании углерода свыше 2,14%, то есть более предельной растворимости углерода в гамма-железе. Углерод в чугунах может находиться в связанном состоянии (в виде цементи­та) и в свободном состоянии (в виде графита).

Состояние углерода в чугуне и форма графитных включений играют решающую роль в дости­жении наиболее высоких показателей механических свойств. Поэтому главными классификационными признаками чугунов являются состоя­ние углерода (связаннее или свободное) и форма графитных включе­ний (пластинчатая или округлая).

В соответствии с этим различают:

—  белый чугун — весь углерод в белом чугуне нахо­дится в связанном состоянии в виде карбида железа — цементита;

—  серый чугун — углерод в основном находится в свободном состоянии в виде графита пластинчатой формы и частич­но может находиться в перлитной составляющей металлической осно­вы в виде цементита (до 0,8);

—  высокопрочный чугун содер­жит до 0,8% С в металлической основе в связанном состоянии, а остальной углерод находится в свободном состоянии в виде шаро­видного графита;

—  ковкий чугун получается путем отжига (графитизирующий отжиг или томление) отливок белого чугуна, в результате чего цементит распадается с образованием своеобразных по форме хлопьевидных графитных вклю­чений, при этом связанный углерод присутствует только в перлите металлической основы.

2.2. Получение и практика использования чугунов

Строение белых чугунов формируется при пер­вичной кристаллизации в соответствии с диаграммой состояния «железо-цементит» (рис.1).

В зависимости от содержания углерода белые чугуны классифицируют­ся:

— на эвтектические, содержа­щие 4,3% С;

— доэвтектические, содер­жащие от 2,14 до 4,3% С;

— заэвтектические, содер­жащие свыше 4,3% С.

При дальнейшем охлаждении происходят вторичные превращения, обусловленные распадом аустенита, с выделением вто­ричного цементита и образова­нием перлита. Однако форма структурных составляющих, по­лученных при затвердевании, сохраняется.

Белые чугуны являются весьма твердыми (до 750 НВ), в связи с чем их используют как конструкционный материал для изготовления деталей, которые подвержены в эксплуатации интенсивному изнашива­нию, например шары для мельниц и камнедробилок, дробь для очист­ки литых деталей в дробеструйных аппаратах и др. Используются также белые чугуны в металлургической промышленности в качестве передельных на сталь и для получения ковких чугунов. В связи с повышенной хрупкостью и трудной обрабатываемостью резанием белые чугун, как конструкционный материал, имеют ограниченное приме­нение.

Рис.1. Диаграмма состояния “железо-цементит”

Используются в практике белые чугуны, как правило, доэвтек-тического состава: 2,8…3,6% углерода; 0,5…0,8% кремния; 0,4…0,6% марганца.

В настоящее время развивается новое направление использова­ния белых чугунов, получаемых наплавкой, на быстроизнашивающихся поверхностях рабочих органов землеройных машин.

Серый чугун получают при более медленном охлаж­дении, чем белый чугун.

Скорости охлаждения до 0,1 град/мин обусловливают необходимость в меньших степенях переохлаждения для начала кристаллизации, которая начинается с выделения графита.

При таких, более равновесных, условиях кристаллизации получается стабильная диаграмма состояния сплавов «железо-графит», отличие которой от железо-цементитной диаграммы состояния показано пунк­тирными линиями на рис.2.

Вместе с тем, прак­тика получения серых чу­гунов существенно отли­чается от условий равно­весия, вытекающих из стабильной диаграммы со­стояния «железо-графит». В реальных условиях структура серого чугуна в отливке зависит не только от скорости крис­таллизации, обусловлива­емой толщиной стенки от­ливки, но и в сильной мере от химического сос­тава сплава.

Наибольшее влияние на процесс графитизации оказывает кремний, который вводится в сплав в повышенных количествах.

Учитывая силь­ное влияние кремния на процесс структурообразования, серый чугун (в отличие от стали) рассматривается как трехкомпонентная сис­тема: «железо-углерод-кремний». Типичный состав серого чугуна: 3,5…3,6% углерода; 1,5…3,0% кремния; 0,4…

0,6% марганца; 0,3…0,8% фосфора; 0,10…0,12% серы. Иногда в серый чугун вводят и другие элементы, например, хром, никель, медь или повы­шенное содержание фосфора и др. Делают это с целью достижения более высоких механических, антикоррозийных, износостойких и дp.

свойств. Такие серые чугуны называются легированными или специ­альными. Процесс структурообразования в них будет еще зависеть от характера влияния легирующих добавок.

Применяются серые чугуны довольно широко: в станкостроении (станины, литые корпусные детали, червяки, шестерни); в авто­тракторостроении (блоки цилиндров, цилиндры, поршни); в турбино — и сельхозмашиностроении и т. д.

Высокопрочный чугун получают путем двойного модифицирования. Вначале в расплав вводят редкоземельные или щелочные металлы, например, магний, церий, бор и др., а за­тем — кремний или силикокальций.

Первый модификатор (обычно вво­дится в количестве 0,3…0,5%), являясь поверхностно активным, способствует формированию сфероидальных зародышей графита, а второй — инициирует процесс графитизации.

Примерный состав высо­копрочного чугуна: 3,3% углерода: 2,2…2,5% кремния; 0,5…0,8% марганца; 0,14% фосфора; 0,2 % серы.

Применяются высокопрочные чугуны для отливки деталей ответ­ственного назначения: коленчатых валов, валков прокатных станов, подшипников скольжения, шаботов, молотов, деталей вентилей, ком­прессоров и др. Широкое распространение высокопрочного чугуна сдерживается технологической трудностью введения первого моди­фикатора в расплав чугуна из-за вызываемого им сильного пиротех­нического эффекта.

Ковкий чугун получают длительным отжигом (томлением) отливок из белого чугуна следующего состава: 2,4…2,8% углеро­да; 0,8…1,4% кремния; до 1,0% марганца; до 0,1% серы; до 0,2% фосфора. В результате отжига цементит графитизируется, при­обретая форму хлопьевидных включений.

Получаемый чугун характе­ризуется повышенными показателями пластичности и вязкости по сравнению с серым литейным чугуном. Отжиг, в основе которого лежит диффузионный механизм образования структурно свободного углерода (графита хлопьевидной формы), является длительной опе­рацией и составляет 70…

80 ч (рис.3).

Рис.3. Режимы термической обработки ковкого чугуна

В зависимости от степени завершенности графитизации на 2-й стадии (рис.3) микроструктура металлической основы ковкого чугуна будет ферритной или перлитной. В изломе ферритный ковкий чугун имеет темный цвет и его принято называть черносердечным, а перлитный ковкий чугун по его цвету излома — светлосердечным.

Применять ков­кий чугун, как конструкционный материал, целесо­образно для дета­лей, работающих в трудных условиях знакопеременных и вибрационных нагрузок.

В практике из ковкого чугуна изготовляют детали, работающие при высоких динамических и статических нагруз­ках (картеры редукторов, задние мосты, ступицы, крюки, скобы, кронштейны и др.

), детали, испытывающие в работе повышенный износ (вилки карданных валов, шестерни, собачки, звенья и ролики цепей конвейеров, муфты, тормозные колодки, подшипники скольжения). Сле­дует отметить, что из ковкого чугуна изготовляют детали сечением до 50 миллиметров.

Объясняется это тем, что в отливках с боль­шей толщиной не удается предотвратить образование пластинчатого графита при первичной кристаллизации, лишая тем самым ковкий чугун преимуществ перед серым чугуном.

2.3. Термическая обработка чугунов

К чугунам применяют те же операции термической обработки, что и для стали: отжиг, нормализацию и закалку с отпуском. Термообра­боткой достигаются следующие цели:

— устранение напряжений в отливках для предохранения их от коробления и растрескивания;

— изменение структуры металлической основы чугуна для улуч­шения обрабатываемости резанием или получения заданных физико-механических свойств;

— устранение отбеленной корки.

Наиболее часто для чугунов применяются следующие виды отжига.

Отжиг низкотемпературный с нагревом до 550°С и выдержкой 1…8 часов. Цель отжига — предотвратить ко­робление и трещинообразование на отливках при механической обра­ботке и в эксплуатации. Строение чугуна при таком отжиге остает­ся неизменным. Иногда этот отжиг называют стабилизирующим или старением. Применяется ко всем видам чугунов.

Отжиг графитизирующий с нагревом до диапазона температур 650…750 °С и выдержкой при этих температурах, обеспечивающей распад эвтектоидного цементита. Конечная микроструктура после отжига состоит из перлита и графита. В заводской практике этот вид отжига может называться смягчающим, или низким, или отжигом для улучшения обрабатываемости резанием. Применяется для всех видов чугунов.

Отжиг графитизирующий высокотем­пературный с нагревом до 950°С и выдержкой, достаточ­ной для распада цементита и образования структуры, состоящей из аустенита и графита.

Такой отжиг применяют для чугунов с исход­ной структурой, состоящей из ледебурита и перлита или ледебурита, перлита и графита. После отжига структура чугуна состоит из феррита и графита или феррита, перлита и графита.

В заводской практике этот вид отжига можно встретить под названиями «отжиг отбеленного чугуна», «снятие отбела», «отжиг кокильного литья». В этих целях применяют иногда и нормализацию.

В качестве упрочняющей термообработки применяется закалка с последующим отпуском. Температура нагрева под закалку выбирается в интервале 830…950°С, а отпуска — ниже нижней критической точки, как и для стали.

Микроструктура метал­лической основы чугуна после закалки с отпуском может быть: мартенсит отпущенный, троостит отпуска или сорбит отпуска.

В за­водской практике этот вид упрочняющей обработки может называть­ся как «закалка», «улучшение» или «термическая обработка для повышения механических свойств».

2.4. Маркировка чугунов

Серые, высокопрочные и ковкие чугуны классифицируются по маркам, различающимся между собой уровнем гарантируемых механи­ческих свойств.

Серые чугуны обозначаются по ГОСТ 1412-85: СЧ 10, СЧ 15, СЧСЧ 35. Расшифровывается марка следующим образом: СЧ — серый чугун, двузначная цифра характеризует предел прочнос­ти серого чугуна при растяжении в кгс/мм.

Высокопрочные чугуны подразделяются по ГОСТ на восемь марок (ГОСТ 7293-85): ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧВЧ 100. Читается марка так: ВЧ — высокопрочный чугун, двузначная или трехзначная цифра показывает предел прочности при растяжении в кгс/мм2.

Ковкие чугуны делятся по ГОСТ 1215-79 на одиннадцать марок: КЧ 30-6, КЧ-33-8, КЧ 35-Ю … КЧ 80-1,5. Расшифровывается марка ковкого чугуна следующим образом: КЧ — ковкий чугун; первая двузначная цифра гарантирует минимальный предел прочности при растяжении в кгс/мм2, вторая однозначная или двузначная — относительное удлинение в %.

Специальные чугуны, предназначенные для работы в особых условиях эксплуатации, удовлетворяют повышенным требованиям по жаростойкости, износостойкости и коррозионной стойкости. Как правило, такие чугуны легируются хромом, кремнием, никелем и др. элементами.

Ниже приведены примеры условного обозначения некоторых специальных чугунов:

АЧС — антифрикционный серый чугун по ГОСТ 1585-70;

ЖЧХ — жаростойкий и коррозионностойкий хромовый чугун по ГОСТ 7769-75;

ЖЧС5 — жаростойкий кремнистый чугун по ГОСТ 7769-75;

ЧН2Х — износостойкий и коррозионностойкий никелевый чугун по ГОСТ .

2.5. Классификация чугунов по микроструктуре

металлической основы

Прочностные показатели и твердость чугунов в значительной мере определяются строением металлической основы. В связи с этим, для оценки уровня механических свойств чугунов, их принято класси­фицировать по микроструктуре металлической основы.

Серые чугуны в зависимости от количества связанного углеро­да в металлической основе могут иметь микроструктуру, состоящую из феррита и графита (рис.4); феррита, перлита и графита (рис.5); перлита и графита (рис.6); перлита, фосфидной эвтектики и графита (рис.7).

Ковкие чугуны по микроструктуре металлической основы мо­гут быть ферритными (рис.8а); ферритно-перлитными; перлитными (рис. 8б).

Высокопрочные чугуны, как и серые, могут иметь микрострукту­ру металлической основы, состоящую из феррита, феррита и перлита (рис.9) или только перлита.

Белые чугуны в соответствии с диаграммой «железо-цементит» (рис.1) классифицируются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.

После вторичной кристаллизации в твердом состо­янии белые чугуны имеют следующую структуру: доэвтектические — ледебурит, недифференцирующийся цементит вторичный и перлит (рис.

10); эвтектические — ледебурит (рис.11); заэвтектические — ледебурит и избыточный цементит (рис.12).

Половинчатый чугун состоит из перлита, графита и ледебурита (или цементита вторичного) — рис.13.

2.6. Сравнительная оценка механических свойств сталей

и чугунов (для толщины стенки отливки около 15 мм)

МатериалСвойства
Твердость по Бринеллю,НВВременное сопротивление при растяженииσВ(кгс/мм2)Условный предел текучести,σ0,2(кгс/мм2)Относительное удлинениеδ, %Ударная вязкость KCu ×10-1(кг /см2)
Сталь литая низкоуглеродистая121…14339…4620…3019…256,0…12,0
Сталь углеродистая конструкционная горячекатаная131…26932…6718…398,0…27,04,0…8,0
Серый чугун163…24110…350,2…0,80,2…1,0
Ковкий чугун100…32030…8022…501,5…12,00,5…3,0
Высокопрочный чугун140…36035…10030…422,0…22,01,5…3,0
ФерритГрафитРис.4. Серый ферритный чугун
Феррит ПерлитГрафит
Рис.5. Серый феррито-перлитный чугун
ПерлитГрафитРис.6. Серый перлитный чугун
Фосфидная эвтектикаГрафитПерлитРис.7. Серый перлтный чугун
Рис.8. Ковкий ферритный (А) и перлитный (Б) чугуны
Феррит ПерлитГрафит
ФерритПерлитГрафитРис.9. Высокопрочный феррито-перлитный чугун
ЛедебуритПерлитРис.10. Белый доэвтектический чугун
Рис.11. Белый эвтектический чугун
Ледебурит
ЛедебуритЦементит(первичный)Рис.12. Белый заэвтектический чугун
ПерлитГрафитЛедебуритРис.13. Микроструктура половинчатого чугуна

3. ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Порядок выполнения работы

Изучить микроструктуру коллекции образцов серых, ковких, высокопрочных и белых чугунов, пользуясь 350…400 кратным увеличением и установить связи между их строением, механическими свойствами и классификационными признаками.

https://www.youtube.com/watch?v=Wj3yX7R9dE4

Нарисовать микроструктуры предложенных образцов с указанием структурных составляющих.

3.2. Отчет по лабораторной работе

Начертить совмещенную диаграмму состояния «железо-цементит» и «железо-графит». Указать на диаграммах состояния составы изу­ченных сплавов по содержанию углерода.

Привести зарисовки микроструктур изученных чугунов. Указать структурные составляющие и описать их.

Определить полные наименования изученных чугунов по их классификационным признакам: состоянию углерода, форме графита, микроструктуре металлической основы.

Привести примеры обозначения чугунов по ГОСТ, расшифровав условность букв и цифр в марке.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.  Материаловедение: учеб. для вузов / , , [и др.]; под общ. ред. , . – 5-е изд., стер. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2003. – 648 с.

Дополнительная

1.  Лахтин, : учеб. для вузов / , – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

2.  Физическое металловедение: в 3-х т. / под ред. Р. Кана;– М.: Мир, 1967.

Материаловедение. Изучение микроструктуры чугунов: методические указания к выполнению лабораторной работы № 5 для студентов всех специальностей и форм обучения

Жарков Виктор яковлевич

Научный редактор

Редактор издательства

Компьютерный набор ,

Давыдов,

Темплан 2008 г., п 187

Подписано в печать 01.07.08. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ. л. 0,98. Уч.-изд. л. 0,98. Тираж 50 экз. Заказ. Бесплатно.

Брянский государственный технический университет.

Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ.

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, .

Источник: https://pandia.ru/text/77/445/1754.php

Микроструктура чугунов

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Цель работы

Исследовать металлографически микроструктуру белых и графитизированных чугунов. Изучить маркировку и практическое применение графитизированных чугунов.

Приборы и материалы

Металлографические микроскопы. Коллекция микрошлифов чугунов.

Основные положения

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % С (рисунок 7).

Рисунок 7 — Структурная диаграмма состояния системы железо-цементит.

Практическое применение находят чугуны с содержанием углерода до 4 – 4,5%. При большем количестве углерода, механические свойства существенно ухудшаются.

Промышленные чугуны не являются двойными сплавами, а содержат кроме Fe и С, такие же примеси, как и углеродистые стали Мn, Si, S, P и др.

Белые чугуны

Белый чугун – это чугун, в котором весь имеющийся углерод находится в химически связанном состоянии, в виде карбида железа (F3C цементит).

Микроскопический анализ белых чугунов проводят, используя диаграмму состояния Fe – Fe3 С (рисунок 7).

Из-за присутствия большого количества цементита белый чугун обладает высокой твердостью (HB = 4500 – 5500 МПа), хрупок и практически не поддастся обработке резанием. Белый чугун имеет ограниченное применение, как конструкционный материал.

Обычной структурной составляющей белых чугунов является ледебурит.

Ледебурит — этосмесь аустенита и цементита, образующуюся по эвтектической реакции при переохлаждении жидкости состава точки С (4,3 % углерода) ниже температуры 1147 °C.

Ж C А E + Ц F- эвтектика (ледебурит)

Чугун, содержащий 4,3%С (точка С), называется белым эвтектическим чугуном. Левее точки С находятся доэвтектические, а правее — заэвтектические белые чугуны.

В доэвтектических белых чугунах из жидкой фазы кристаллизуется аустенит, затем эвтектика – ледебурит.

При охлаждении чугуна в интервале температур от 1147°С до 727 °С аустенит обедняется углеродом, его состав изменяется по линии ЕS и выделяется вторичный цементит. При небольшом переохлаждении ниже 727 °Саустенит состава точки S по эвтектоидной реакции распадается на перлит (Ф + Ц)

Вторичный цементит, выделяющийся по границам зерен аустенита, сливается с цементитом ледебурита. Под микроскопом трудно различить включения вторичного цементита.

При комнатной температуре в доэвтектических белых чугунах находятся три структурные составляющие – перлит, ледебурит и вторичный цементит (рисунок 8).

Рисунок 8 — Микроструктура белых чугунов:

а) доэвтектический; б) эвтектический; в) заэвтектический.

Эвтектический белый чугун при комнатной температуре состоит из одной структурной составляющей – ледебурита.

Ледебурит превращенный состоит из перлита и цементита.

В заэвтектических белых чугунах из жидкости кристаллизуется первичный цементит в виде плоских игл, затем образуется ледебурит.

При комнатной температуре эаэвтектический белый чугун содержит две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит.

Фазовый состав белых чугунов при комнатной температуре такой же, как в углеродистых сталях в равновесном состоянии, все они состоят из феррита и цементита.

Графитизированные чугуны – это чугуны, в которых весь углерод или большая часть, находится в свободном состоянии в виде графитных включений той или иной формы.

В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.

Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1 – 3 % Si – обладающего сильным графитизирующим действием.

Рисунок 9 — Схема микроструктур графитизированных чугунов:

а) серые; б) высокопрочные; в) ковкие; г) с вермикулярным графитом

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серые чугуны маркируются буквами СЧ и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кгс/мм2), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).

Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включении на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна.

Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации. Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода.

Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита.

Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний действует в ту же сторону, что и замедление охлаждения, т.е.

способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию.

Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие – графит и феррит. Такой сплав называется серым чугуном на ферритной основе (рисунок 9а).

Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной системой AS Ф Р + Ц К эвтектоид (перлит), то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав называют серым чугуном на перлитной основе.

Наконец, возможен промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием перлита. В этом случае чугун содержит три структурные – графит, феррит и перлит.

Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной основе.

Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и дающего тройную эвтектику.

В металлической основе серого чугуна фосфидная эвтектика обнаруживается в виде светлых, хорошо очерченных участков.

Высокопрочный чугунс шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02 – 0,03 %. Под действием магния графит кристаллизуется в шаровидной форме (рисунок 9б).

Шаровидные включения графита в металлической матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как пластинки графита в сером чугуне. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали.

https://www.youtube.com/watch?v=oDG5d0vntxc

Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и далее следуют величины предела прочности при растяжении (в кгс/мм2) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (ГОСТ 7293-85). Так же, как и серые чугуны, они подразделяются по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации и бывают на ферритной, феррито-перлитной, перлитной основах.

Высокопрочный чугун используется во многих областях техники взамен литой и кованой стали, серого и ковкого чугунов.

Высокие механические свойства дают возможность широко применять его для производства отливок ответственного назначения, в том числе и в судовом машиностроении: головок цилиндров, турбокомпрессоров, напорных труб, коленчатых и распределительных валов и т.п.

Ковкий чугунполучают путем отжига отливок из белого чугуна. Получение ковкого чугуна основано на том, что вместо неустойчивого цементита белого чугуна при повышенных температурах образуется графит отжига белого чугуна.

Мелкие изделия сложной конфигурации, отлитые из белого чугуна, отжигают (получают ковкий чугун) для придания достаточной пластичности, необходимой при их использовании в работе.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и далее следуют величины предела прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительного удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (ГОСТ 1215-79).

Графитизация идет путем растворения метастабильного цементита в аустените и одновременного выделения из аустенита более стабильного графита.

Чем больше время выдержки при отжиге и меньше скорость охлаждения, тем полнее проходит графитизация.

В зависимости от графитизации встречаются те же три основные типа структур, что и в сером чугуне с пластинчатым графитом: ковкие чугуны на ферритной, феррито-перлитной и перлитной основах (рисунок 9в).

От серых (литейных) чугунов ковкие чугуны отличаются по микроструктуре только формой графита.

Если на шлифах (рисунок 9а) серых чугунов графит имеет форму извилистых прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме более компактных хлопьевидных включении с рваными краями.

Более компактная форма графита обеспечивает повышение механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом.

Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.

Чугуны с вермикулярным графитомполучают как и высокопрочные чугуны модифицированием, только в расплав при этом вводится меньшее количество сфероидизирующих металлов.

Маркируют чугуны с вермикулярным графитом буквами ЧВГ и далее следует цифра, обозначающая величину предела прочности при растяжении ( кгс/мм2), например, ЧВГ З0, ЧВГ 45 (ГОСТ 28394-89).

Вермикулярный графит подобно пластинчатому графиту виден на металлографическом шлифе в форме прожилок, но они меньшего размера, утолщенные, с округлыми краями (рисунок 9г). Микроструктура металлической основы ЧВГ также как у других графитизированных чугунов может быть ферритной, перлитной и феррито-перлитной.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом превосходят серые чугуны и близки к высокопрочным чугунам, а демпфирующая способность и теплофизические свойства ЧВГ выше, чем у высокопрочных чугунов.

Чугуны с вермикулярным графитом более технологичны, чем высокопрочные и соперничают с серыми чугунами. Для них характерны высокая жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, малая усадка.

Чугуны с вермикулярньм графитом широко используются в мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении, судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом машиностроении для деталей, работающих при значительных механических нагрузках в условиях износа, гидрокавитации, переменном повышении температуры. Например, ЧВГ используется взамен СЧ для производства головок цилиндров крупных морских дизельных ДВС.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/9_180916_mikroskopicheskoe-issledovanie-strukturi-uglerodistih-staley.html

Изучение микроструктуры чугунов

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Цель работы: практическое ознакомление с методикой металлографического анализа чугунов.

Приборы, материалы, инструменты:

1) набор микрошлифов;

2) микроскоп металлографический МИМ-10;

3) атлас микроструктур.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. По признакам структуры к чугунам относят высокоуглеродистые сплавы, содержащие эвтектику-ледебурит (рис. 11).

В соответствии с диаграммой чугуны разделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Структурные составляющие каждого из видов чугунов приведены на диаграмме, которая характеризует белые или передельные чугуны.

В машиностроении белые чугуны применяются редко, так как онихрупки, плохо поддаются обработке, литейные свойства их чрезвычайно низкие (большая усадка, плохая жидкотекучесть).

По содержанию углерода белый чугун соответствует заэвтектическому, поскольку не содержит структурного свободного перлита, а только ледебурит и небольшое количество цементита. Из последнего обстоятельства следует, что состав приведенного чугуна близок к эвтектическому и примерно соответствует сечению 1-1.

Остальные микрошлифы коллекции чугунов являются разновидностями серых чугунов.

Серыми называются чугуны, углерод которых полностью или частично находится в свободном состоянии в виде графита. Геометрическая форма графитовых включений может быть различной. У обычных серых чугунов она чешуйчатая, у ковких – хлопьевидная, у высокопрочных – сфероидизированная.

Условия образования различных видов графитовых включений и, следовательно, различных видов чугунов, различны.

Для образования чешуйчатой формы графитовых включений необходимо обеспечить оптимальные скорость охлаждения отливок и химический состав чугуна.

При рассмотрении диаграммы состояния системы железо–углерод мы исходили из предположения, что система двухкомпонентна, т.е. без примесей. В результате таких условий образуется белый чугун. Это дает основание утверждать, что при наличии только железа и углерода всегда образуется белый чугун.

Рис. 11. Структура белого чугуна.

В реальных технических чугунах таких “идеальных” условий нет, так как они содержат некоторое количество примесей.

Примесями могут являться твердые частицы, принимающие на себя роль центров, около которых начинается рост графитовых включений или элементы-графитизаторы (рис. 12).

Сильнейшим из них является кремний, действие которого тем ощутимее, чем в большем количестве он содержится и чем медленнее остывает отливка.

Таким образом, вид чугуна определяется его химическим составом и скоростью охлаждения отливки. Легко подобрать такой состав чугуна, когда при медленном охлаждении отливки образуется серый чугун, а при ускоренном – белый. Можно на одной и той же отливке получить зоны белого и серого чугунов.

а) б)

а) б)

в)

Рис. 12. Виды графитных включений в сером чугуне

Для объяснения закономерностей образования свободного углерода можно исходить из различных положений. Самым простым является положение о распаде закристаллизовавшегося цементита по схеме:

П (Ф+Ц)+Л2 (П (Ф+Ц)+Ц)+ЦII

II (Fe + Cгр) I (Fe + Cгр)

Этот распад определяется условиями, о которых говорилось выше, степень же распада зависит от характера металлической основы серых чугунов. По структуре самым сложным из белых чугунов является доэвтектический.

Если представить себе условно распад цементита состоящим из двух стадий, как это показано на схеме, то в результате завершения первой стадии металлическая основа будет перлитной, в результате завершения второй – ферритной. Если же вторая стадия проходит не до конца, то металлическая основа будет перлитно-ферритной.

Из сказанного следует, что во всех трех случаях металлической основой чугунов будет сталь (эвтектоидная или доэвтектоидная). То, что металлическая основа изрезана графитовыми включениями, не имеющими механической прочности, и, следовательно, разобщена, определяет повышенную хрупкость серых чугунов. Невзирая на это, серые чугуны в машиностроении распространены достаточно широко.

Этому обстоятельству способствует ряд факторов:

1. Экономические соображения. Получать отливки сложной конфигурации из чугуна можно на простом оборудовании.

2. Хорошие литейные свойства серого чугуна (малая литейная усадка и достаточная жидкотекучесть при сравнительно невысокой температуре плавления).

3. Детали из серого чугуна, именно из-за их изрезанности графитовыми включениями, обладают способностью поглощать вибрации.

4. Серый чугун является антифрикационным материалом, в силу чего из него изготавливают подвижные сопряжения.

Антифрикационность серого чугуна объясняется включениями графита, выполняющими роль смазки и хорошо удерживающими масло, вводимое в сопряжение. В коллекции имеются микрошлифы серых чугунов с чешуйчатым графитом.

Металлическая основа одного из них – перлитная, другого – ферритная. Микрошлифы отличаются очень мелкими чешуйками графита. Такой чугун называется модифицированным. Он отличается повышенными механическими свойствами.

Получают его введением в ковш с расплавленным чугуном (перед разливкой), порошка ферросилия.

Ковкие чугуны – одна из разновидностей серых чугунов. Его нельзя получить отливкой. В этом отношении он является искусственным чугуном.

Сначала получают отливки из белого чугуна специального состава, а затем подвергают их графитизирующему отжигу.

Химический состав отливок обычно следующий: 2,4-2,8 % углерода, 0,8-1,4 % кремния, не более 1,0 %марганца. примесей серы и фосфора не должно превышать соответственно 0,1 и 0,2 %.

При выборе состава исходят из того, что большее содержание угле­рода и кремния вызвало бы образование в процессе отжига очень крупных скоплений хлопьевидного графита, резко снизив механические свойства.

марганца, как карбидообразующего элемента, ограничивается 1,0 %, что практически соответствует содержанию этого элемента в углеродистой стали. Чугун такого состава не удается получить в вагранках, а только в специальных печах, что существенно повышает его стоимость.

Однако наибольший удельный вес стоимости ковких чугунов приходится на долю графитизирующего отжига.

Применительно к ковкому не имеет смысла говорить о чугуне вообще, а только об определенных деталях из ковкого чугуна. Такое ограничение вызвано тем, что однородная структура ковких чугунов возможна только на тонкостенных отливках (до 20 мм). Название «ковкий» нельзя понимать буквально. Ни один из видов чугунов не куется.

Из ковкого чугуна изготавливают многие детали в машиностроении, строительстве и сантехнике. Например, кожухи дифференциалов и чулки заднего моста автомобилей, направляющие аппараты режущих механизмов комбайнов, тройники и соединительные муфты труб парового отопления и многие другие детали.

Металлическая основа ковких чугунов такая же, как у серых чугунов, – перлитная, ферритная и перлитно-ферритная. Определяется она условиями и режимом отжига (рис.13).

Рис. 13. Схема отжига ковких чугунов.

В соответствии со схемой процесс отжига может иметь один или два варианта. По первому варианту в результате выдержки при температуре 930-9700 С происходит графитизация структурно-свободного цементита (вторичного).

Если после оптимальной выдержки при этой температуре произвести ускоренное охлаждение отливки, то, наряду с образовавшимися хлопьями графита, в результате аустенитно-перлитного превращения на линии Ас1 в структуре будет содержаться перлит, т.е. образуется ковкий чугун на перлитной основе.

Если же осуществить и вторую стадию графитизации, т.е. дать выдержку при температуре, лежащей несколько ниже линии Ас1,то графитизируется и цементит перлита. В результате металлическая основа ковкого чугуна будет ферритной.

Если же вторая стадия графитизации проходит не до конца и часть перлита сохраняется, то металлическая основа ковкого чугуна будет перлитно-ферритной.

Графитизирующий отжиг – операция очень длительная. Она продолжается около 70-80 часов. Разработаны ускоренные и сверхускоренные способы отжига, их продолжительность – 10-15 часов. Достигается это подбором состава чугуна, предназначенного для отливок, подлежащих графитизирующему отжигу, и режимом термической обработки.

Заключаетсяонв том, что перед графитизирующимотжигом производят закалку деталей. В результате закалки образуется множество концентраторов напряжений, около которых, при последующем отжиге образуются колонии хлопьевидного графита.

Существенным недостатком этого способа, впервые осуществленного на Московском заводе малолитражных автомобилей, является значительный процент брака из-за закалочных трещин фасонных отливок.

Структураковкого чугуна полученного сверхускоренным отжигом, отличается мелкозернистостью, как металлической основы, так и хлопьев графита. Естественным следствием этого будут более высокими механические свойства.

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 2166; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/5-16114.html

Лабораторная работа №7 изучение микроструктуры и свойств сталей и чугунов

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Цельработы: изучитьмикроструктуру углеродистых сталей ичугунов в равновесном состоянии. Освоитьмаркировку углеродистых сталей ичугунов.

Краткие теоретические сведения

Куглеродистым сталям относятся сплавыжелеза с углеродом с массовой долейуглерода от 0,02 до 2,14 %. Основнымикомпонентамиуглеродистых сталейявляютсяжелезо и углерод.

Железоявляется полиморфным металлом, имеющимразные кристаллические решетки вразличных температурных интервалах.

При температурах ниже 910 °С, железосуществует в α-модификации, кристаллическое строениекоторой представляет собойобъемно-центрированную кубическуюрешетку. Эта аллотропическая модификацияжелеза называется α-железом.

В интервале температур от 910°С до 1392 °С существует γ-железо с гранецентрированной кубическойрешеткой.

Углерод являетсянеметаллическим элементом, обладающимполиморфизмом. В природе встречаетсяв виде графита и алмаза. В углеродистыхсталях эти компоненты взаимодействуют,образуя, и зависимости от их количественногосоотношения и температуры, разные фазы,представляющие собой однородные частисплава.

Это взаимодействие заключаетсятом, что углерод может растворяться какв жидком (расплавленном) железе, так ив различных его модификациях в твердомсостоянии. Кроме того, он может образовыватьс железом химическое соединение.

Такимобразом, в углеродистых сталях различаютследующие фазы: жидкий сплав (Ж), твердыерастворы — феррит (Ф) и аустенит (А) ихимическое соединение цементит (Ц).

Рисунок 7.1 — Фрагмент диаграммы состояния “железо-цементит”:а) фазовая; б) структурная.

Феррит— твердый раствор внедрения углерода вα-железе. Имеет объемно-центрированнуюкубическую решетку и содержит принормальной температуре менее 0,006 %углерода. У феррита низкие твердость ипрочность,высокие пластичность и ударная вязкость.

Аустенит— твердый раствор внедрения углерода вγ-железе, при нормальной температуре вуглеродистых сталях в равновесномсостоянии не существует.

Цементит— химическое соединение железа суглеродом, карбид железа 3C.Он обладает сложной кристаллическойрешеткой, содержит 6,67 % углерода. Дляцементита характерна высокая твердостьи очень низкая пластичность.

Согласнофазовой диаграмме «железо — цементит»(рисунок 7.1а) углеродистые стали принормальной температуре состоят из двухфаз: феррита и цементита. Равновесныеструктуры углеродистых сталей указываютсяна структурной диаграмме «железо -цементит» (рисунок 7.1б).

 По сопоставлениюс эвтектоидным составом углеродистыестали подразделяются на: доэвтектоидные,эвтектоидную и заэвтектоидные.

Эвтектоиднаясталь содержит 0,8 % С и имеет перлитнуюструктуру (рисунок 7.2б) – эвтектоиднаясмесь феррита и цементита. Перлит любойуглеродистой стали содержит 0,8 % С.Строение перлита таково, что дисперсныечастицы цементита равномерно расположеныв ферритной основе.

Доэвтектоидныестали содержат от 0,02 до 0,8 % С и имеютферритно-перлитную структуру (рисунок7.2а). Здесь светлые зерна – это феррит,а темные участки представляют собойперлит, являющийся двухфазной структурнойсоставляющей, состоящей из пластинокферрита и цементита.

Заэвтектоидныестали содержат углерода от 0,8 до 2,14 % иимеют структуру, которая состоит изперлита и цементита (рисунок 7.2в).

Структурно-свободныйцементит (цементит вторичный) в объемемедленно охлажденной стали располагаетсявокруг перлитных зерен и металлографическиэто проявляется в виде цементитнойсетки.

Такое расположение вторичногоцементита способствует повышениюхрупкости и снижению вследствие этого,прочности.

Поэтому от цементитной сеткиизбавляются путем отжига на зернистыйперлит, добиваясь более равномерногораспределения зерен цементита в стали.

Вуглеродистой стали кроме основныхкомпонентов (железа и углерода)присутствует ряд примесей Мn,Si, S, P и др.Допустимые количества примесей в сталяхрегламентируются соответствующимистандартами.

Примеси оказывают влияниена механические и технологическиесвойства стали.

Так, например, Мпи Siповышают твердость и прочность, Рпридает стали хладноломкость – хрупкостьпри нормальной и пониженных температурах,а S –горячеломкость (красноломкость) –хрупкость при температурах горячейобработки давлением.

Рисунок7.2 — Микроструктура углеродистыхсталей:а) доэвтектоидной; б) эвтектоидной;в) эаэвтектоидной(слева – схематическоеизображение).

По назначению икачеству углеродистые стали классифицируютсяследующим образом:

1.Стали конструкционные углеродистыеобыкновенного качества содержат вредныхпримесей: серы до 0,05 %, а фосфора до 0,04 %(ГОСТ 380-94). Эти стали маркируются Ст0,Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп и т.д. до Cт6.

Если послемарки стоят буквы «кп» — это означает,что сталь кипящая, полностью нераскисленная(раскисляют только ферромарганцем).Если «сп» – сталь спокойная,получаемая полным раскисленнем(раскисляют ферромарганцем, ферросилициеми алюминием). Если «пс» – стальполуспокойная промежуточного типа.

Стали углеродистые обыкновенногокачества широко применяются встроительстве. Из ряда марок изготавливаютдетали машиностроения.

2. Стали конструкционныеуглеродистые качественные (ГОСТ 1050-88).

Ксталям этой группы предъявляют болеевысокие требования относительно состава:меньшее содержание серы (менее 0,04 %) ифосфора (менее 0,035 %).

Они маркируютсядвузначными цифрами, обозначающимисреднюю массовую долю углерода в сталив сотых долях процента. Например, сталь30 – углеродистая конструкционнаякачественная сталь со средней массовойдолей углерода 0,3 %.

Качественныеконструкционные углеродистые сталишироко применяются во всех отрасляхмашиностроения.

3. Стали углеродистыеинструментальные качественные ивысококачественные (ГОСТ 1435-90).

Этистали маркируются буквой У и следующейза ней цифрой, показывающей среднююмассовую долю углерода в десятых доляхпроцента. Например, сталь У10 –инструментальная углеродистаякачественная сталь со средней массовойдолей углерода 1 %. Если в конце маркистоит буква «А», это означает, чтосталь высококачественная, т.

е. содержитменьше вредных примесей (серы менее0,018 % и фосфора менее 0,025 %). Для режущегоинструмента (фрезы, зенкеры, сверла,ножовки, напильники и т.п.) обычноприменяют заэвтектоидные стали (У10,У11, У12, У13). Деревообрабатывающийинструмент, зубила, отвертки, топоры ит. п. изготавливают из сталей У7 и У8.

Кчугунам относятся сплавы железа суглеродом, содержащие более 2,14 %С.Практическое применение находят чугуныс содержанием углерода до 4 – 4,5 %. Прибольшем количестве углерода, механическиесвойства существенно ухудшаются.

Промышленныечугуны не являются двойными сплавами,а содержат кроме Fe и С,такие же примеси, как и углеродистыестали Мn, Si, S, P и др. Однако в чугунах этихпримесей больше и их влияние иное, чемв сталях.

Если весь имеющийся в чугунеуглерод находится в химически связанномсостоянии, в виде карбида железа (F3C цементит),то такой чугун называется белым.

Чугуны,в которых весь углерод или большаячасть, находится в свободном состояниив виде графитных включений той или инойформы, называются графитизированными.

Микроскопическийанализ белых чугунов проводят, используядиаграмму состояния Fe – Fe3С(рисунок 7.3). Из-за присутствия большогоколичества цементита белый чугунобладает высокой твердостью (HB = 4500 –5500 МПа), хрупок и практически не поддастсяобработке резанием. Поэтому белый чугунимеет ограниченное применение, какконструкционный материал.

Обычнойструктурной составляющей белых чугуновявляется ледебурит. Ледебуритомназывают смесь аустенита и цементита,образующуюся по эвтектической реакциипри переохлаждении жидкости составаточки С (4,3 % углерода) ниже температуры1147 °C.

Чугун,содержащий 4,3 %С(точка С),называется белым эвтектическим чугуном.Левее точки С находятся доэвтектические,а правее — заэвтектические белые чугуны.В доэвтектических белых чугунах изжидкой фазы кристаллизуется аустенит,затем эвтектика – ледебурит.

Приохлаждении чугуна в интервале температурот 1147 °С до 727 °Саустенитобедняется углеродом, его составизменяется по линии ЕS и выделяетсявторичный цементит. При небольшомпереохлаждении ниже 727 °Саутенитсостава точки S по эвтектоидной реакциираспадается на перлит (Ф + Ц)

Вторичный цементит,выделяющийся по границам зерен аустенита,сливается с цементитом ледебурита. Подмикроскопом трудно различить включениявторичного цементита.

Такимобразом, при комнатной температуре вдоэвтектических белых чугунах находятсятри структурные составляющие – перлит,ледебурит и вторичный цементит (рисунок7.4).

Рисунок7.3. Структурная диаграмма состояниясистемы железо-цементит (в упрощенномвиде)

Рисунок7.4 — Микроструктура белых чугунов

(слева схематическоеизображение): а) доэвтектический; б)эвтектический; в) заэвтектический

Эвтектическийбелый чугун при комнатной температуресостоит из одной структурной составляющей– ледебурита. Последний, в свою очередь,состоит из перлита и цементита иназывается ледебуритом превращенным.

В заэвтектическихбелых чугунах из жидкости кристаллизуетсяпервичный цементит в виде плоских игл,затем образуется ледебурит.

При комнатнойтемпературе эаэвтектический белыйчугун содержит две структурныесоставляющие: первичный цементит иледебурит. Фазовый состав белых чугуновпри комнатной температуре такой же, какв углеродистых сталях в равновесномсостоянии, все они состоят из ферритаи цементита.

В зависимости отформы графитных включений различаютсерые, высокопрочные, ковкие чугуны ичугуны с вермикулярным графитом.

Серыечугуны получают при меньшей скоростиохлаждения отливок, чем белые. Онисодержат 1 – 3 %Si– обладающегосильным графитизирующим действием.

Серый чугун широкоприменяется в машиностроении. Он хорошообрабатывается режущим инструментом.Из него производят станины станков,блоки цилиндров, фундаментные рамы,цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серыечугуны маркируются буквами СЧ и далееследует величина предела прочности прирастяжении (в кгс/мм2),например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).

Графит в серомчугуне наблюдается в виде темныхвключении на светлом фоне нетравленногошлифа. По нетравленному шлифу оцениваютформу и дисперсность графита, от которыхв сильной степени зависят механическиесвойства серого чугуна.

Серые чугуныподразделяют по микроструктуреметаллической основы в зависимости отполноты графитизации. Степень илиполноту графитизации оценивают поколичеству свободно выделившегося(несвязанного) углерода.

Еслиграфитизация в твердом состоянии прошлаполностью, то чугун содержит двеструктурные составляющие – графит иферрит. Такой сплав называется серымчугуном на ферритной основе. Если жеэвтектоидный распад аустенита прошелв соответствии с метастабильной системойто структура чугуна состоит из графитаи перлита.

Такой сплав называют серымчугуном на перлитной основе. Наконец,возможен промежуточный вариант, когдааустенит частично распадается поэвтектоидной реакции на феррит и графит,а частично с образованием перлита. Вэтом случае чугун содержит три структурные– графит, феррит и перлит.

Такой сплавназывают серым чугуном на феррито-перлитнойоснове.

Феррит и перлит вметаллической основе чугуна имеют теже микроструктурные признаки, что и всталях. Серые чугуны содержат повышенноеколичество фосфора, увеличивающегожидкотекучесть и дающего тройнуюэвтектику.

Высокопрочныйчугун сшаровидным графитом получаютмодифицированием серого чугунащелочно-земельными элементами. Чащедля этого используют магний, вводя егов жидкий расплав в количестве 0,02 – 0,03%.

Под действием магния графиткристаллизуется в шаровидной форме.Шаровидные включения графита вметаллической матрице не являютсятакими сильными концентратораминапряжений, как пластинки графита всером чугуне.

Чугуны с шаровиднымграфитом имеют более высокие механическиесвойства, не уступающие литой углеродистойстали.

Маркируютвысокопрочный чугун буквами ВЧ и далееследуют величины предела прочности прирастяжении (в кгс/мм2)ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (ГОСТ 7293-85).

Так же, как исерые чугуны, они подразделяются помикроструктуре металлической основыв зависимости от полноты графитизациии бывают на ферритной, феррито-перлитной,перлитной основах.

Высокопрочный чугуниспользуется во многих областях техникивзамен литой и кованой стали, серого иковкого чугунов.

Ковкийчугун получаютпутем отжига отливок из белого чугуна.Получение ковкого чугуна основано натом, что вместо неустойчивого цементитабелого чугуна при повышенных температурахобразуется графит отжига белого чугуна.

Мелкие изделия сложной конфигурации,отлитые из белого чугуна, отжигают(получают ковкий чугун) для приданиядостаточной пластичности, необходимойпри их использовании в работе.

Ковкийчугун маркируют буквами КЧ и далееследуют величины предела прочности прирастяжении (в кгс/мм2)и относительного удлинения (в %), например,КЧ 35-10, КЧ 60-3 (ГОСТ 1215-79).

Графитизацияидет путем растворения метастабильногоцементита в аустените и одновременноговыделения из аустенита более стабильногографита.

В зависимости от графитизациивстречаются те же три основные типаструктур, что и в сером чугуне спластинчатым графитом: ковкие чугунына ферритной, феррито-перлитной иперлитной основах.

От серых (литейных)чугунов ковкие чугуны отличаются помикроструктуре только формой графита.

Еслина шлифах серых чугунов графит имеетформу извилистых прожилок, то в ковкихчугунах графит, называемый углеродомотжига, находится в форме более компактныххлопьевидных включении с рваными краями.

Более компактная форма графитаобеспечивает повышение механическихсвойств ковкого чугуна по сравнению ссерым чугуном с пластинчатым графитом.

Обладая механическими свойствами,близкими к литой стали и высокопрочномучугуну, высоким сопротивлением ударнымнагрузкам, износостойкостью,обрабатываемостью резанием, ковкийчугун находит свое применение во многихотраслях промышленности. Из негоизготавливают поршни, шестерни, шатуны,скобы и др.

Чугуныс вермикулярным графитомполучают как и высокопрочные чугунымодифицированием, только в расплав приэтом вводится меньшее количествосфероидизирующих металлов.

Маркируютчугуны с вермикулярным графитом буквамиЧВГ и далее следует цифра, обозначающаявеличину предела прочности при растяжении( кгс/мм2),например, ЧВГ З0, ЧВГ 45 (ГОСТ 28394-89).

Вермикулярный графит подобно пластинчатомуграфиту виден на металлографическомшлифе в форме прожилок, но они меньшегоразмера, утолщенные, с округлыми краями.Микроструктура металлической основыЧВГ также как у других графитизированныхчугунов может быть ферритной, перлитнойи феррито-перлитной.

По механическимсвойствам чугуны с вермикулярнымграфитом превосходят серые чугуны иблизки к высокопрочным чугунам, адемпфирующая способность и теплофизическиесвойства ЧВГ выше, чем у высокопрочныхчугунов. Чугуны с вермикулярным графитомболее технологичны, чем высокопрочныеи соперничают с серыми чугунами.

Дляних характерны высокая жидкотекучесть,обрабатываемость резанием, малая усадка.

Чугуны с вермикулярньм графитом широкоиспользуются в мировом и отечественномавтомобилестроении, тракторостроении,судостроении, дизелестроении,энергетическом и металлургическоммашиностроении для деталей, работающихпри значительных механических нагрузкахв условиях износа,

Источник: https://studfile.net/preview/2150677/page:15/

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Технология ручной дуговой сварки. Харченков В.С

Харченков В.С., Давыдов С.В.

Технология конструкционных материалов. Технология ручной дуговой сварки: Методические указания по выполнению лабораторной работы N5 для студентов дневной и вечерней форм обучения всех специальностей. 2-е изд., испр. и перераб. / Разраб.: В.С. Харченков, С.В. Давыдов. — Брянск: БГТУ, 2002. — 7 с.

Производство заготовок холодной листовой штамповкой. Шатов А.Я

Технология конструкционных материалов. Производство заготовок холодной листовой штамповкой. Методические указания по выполнению лабораторной работы N4 для студентов дневной и вечерней форм обучения всех специальностей. — 3-е изд. доп. / Разраб.: Шатов А.Я., Давыдов С.В. — Брянск БГТУ, 2002. — 10 с.

Обработка заготовок на фрезерных станках. Шатов А.Я

Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов.

Обработка заготовок на фрезерных станках: методические указания к выполнению лабораторной работы N11 для студентов всех форм обучения и специальностей. — 2-е изд., доп., перераб. / Разраб.: Шатов А.Я., Давыдов С.В. — Брянск: БГТУ, 2006. — 20 с.

Материаловедение. Мельников В.П.

Материаловедение. Рабочая программа, задания на контрольную работу, лабораторный практикум и методические указания для студентов-заочников всех технических специальностей / Разраб. В.П. Мельников. — Брянск: БГТУ, 1998. — 22 с.

Обработка заготовок на токарных станках. Шатов А.Я.

Технология конструкционных материалов. Обработка заготовок на токарных станках. Методические указания к выполнению лабораторной работы N9 для студентов 1-го курса дневной формы обучения и 2-го курса вечерней формы обучения всех специальностей, 2-е изд., доп. / Разраб. А.Я. Шатов. — Брянск: БГТУ, 2001. — 12 с.

Разработка технологического процесса изготовления отливки. Давыдов С.В

Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов.

Разработка технологического процесса изготовления отливки: методические указания к выполнению контрольной работы N1 для студентов заочной формы обучения специальностей 120100 — «Технология машиностроения»- 120300 — «Машины и технология литейного производства» и контрольной работы N2 для студентов специальности 101200 — «Двигатели внутреннего сгорания». Изд. 2-е доп. и испр. / Разраб. С.В. Давыдов, А.Я. Шатов. — Брянск: БГТУ, 2009. — 17 с.

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса. Шатов А.Я.

Технологические процессы машиностроительного производства. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса: Методические указания по выполнению лабораторной работы N6 для студентов 1-го курса дневной и 2-го курса вечерней форм обучения всех спеиальностей. — 3-е изд., перераб. и доп. / Разраб. А.Я. Шатов. — Брянск: БГТУ, 2003. -10 с.

Материаловедение. Мельников В.П

Мельников В.П., Давыдов С.В.

Материаловедение: методические указания к изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения специальности 060800 — «Экономика и управление на предприятиях в машиностроении» / Разраб.: В.П. Мельников, С.В. Давыдов. — Брянск: БГТУ, 2009. — 19 с.

Микроанализ металлов и сплавов. Жарков В.Я

Жарков В.Я., Мельников В.П.

Материаловедение. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Микроанализ металлов и сплавов: методические указания к выполнению и оформлению лабораторной работы N1 для студентов всех специальностей и форм обучения. — Изд. третье перераб. и доп. / Разраб.: В.Я. Жарков, В.П. Мельников. — Брянск: БГТУ, 2007. — 15 с.

Технология контактной сварки. Давыдов С.В

Давыдов С.В., Ковалева Е.В.

Технология конструкционных материалов. Технология контактной сварки: Методические указания по выполнению лабораторной работы N7 для студентов 1-го курса дневной и вечерней форм обучения всех специальностей. — 2-е изд., испр. и перераб. / Разраб.: С.В. Давыдов, Е.В. Ковалева. — Брянск: ЕГТУ, 2007. — 8 с.

Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация. Мельников В.П

Мельников В.П., Жарков В.Я.

Материаловедение, материаловедение и технологии конструкционных материалов и другие совмещенные дисциплины. Пластическая деформация, возврат и рекристаллизация. Методические указания к выполнению лабораторной работы N2 для студентов всех специальностей и форм обучения / Разраб. В.П. Мельников, В.Я.Жарков. — Брянск: БГТУ, 2007.- 14 с.

Режущий инструмент и его основные элементы и геометрия. Харченков В.С

Харченков В.С., Давыдов С.В.

Технология конструкционных материалов. Режущий инструмент и его основные элементы и геометрия: Методические указания к выполнению лабораторной работы N8 для студентов 1-го курса дневной и 2-го курса вечерней форм обучения всех специальностей, 2-е изд., перераб. и доп. / Разраб.: В.С. Харченков, С.В. Давыдов. — Брянск, БГТУ, 2001. — 12 с.

Источник: https://zzapomni.com/bgtu-bryansk/jarkov-izuchenie-mikrostruktury-ch-2008-297

Лабораторная работа №2 микроструктура сталей и чугунов цель работы

Изучение микроструктуры чугунов. Жарков В.Я.

Сохрани ссылку в одной из сетей:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

МИКРОСТРУКТУРА СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

Цель работы: Изучитьклассификацию, микроструктуру, свойстваи назначение сталей и чугунов.

  1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

В машиностроении используютсядетали из заготовок, полученных способамиобработки давлением или литьем. Широкоеприменение имеют стали и чугуны. Сталиявляются деформируемым материалом,иногда применяется стальное литье.Чугуны представляют собой, как прави­ло,литейные материалы.

Примеры использованияэтих материалов даны ниже. Легковойавтомобиль среднего класса массой1000…1100 кг имеет детали из разных сталей,составляющие 57…60 % его массы (США,Западная Европа).

В станкостроении общаямасса чугунных деталей равна в среднем70…80 % от массы металлорежу­щего станка.

Основухимического состава сталей и чугуновсоставляет железо с добавками углеродаменее 2,14 % (стали) или более 2,14 % (чугуны). У многих марок этих материаловдополнительно содержатся легирующиехимические элементы (хром, кремний,марганец, никель, молибден и др.).

Переченьосновных видов сталей и чугунов погосударственным стандартам приведенв табл. 3 и 4.

В машиностроении преиму­щественноприменяются конструкционные стали и отливки из чугунов, используемыедля изготовления деталей машин иразличных сооруже­ний, и инструментальныестали для металлорежущих, штамповых,из­мерительных и других инструментов.

При изучении строения и определениикачества металлических ма­териаловв материаловедении широко используетсямикроструктурный анализ.

Микроанализ— изучение строения поверхностей шлифо­ванных, полированных ипротравленных образцов — микрошлифовс по­мощью металлографическихоптических микроскопов при увеличенияхобычно от ´100до ´1000.

Наблюдаемое при этом строениеповерхности шлифа называется микроструктурой.Микроструктура разных по химичес­комусоставу материалов и после их различнойобработки отличается по размеру,геометрической форме, цвету, взаимномурасположению отдельных структурныхсоставляющих

Микроанализоснован на использовании законовотражения и пог­лощения световыхлучей от поверхности непрозрачныхметаллических материалов (рис. 3).

Полированная металлическая поверхностьот­ражает направленные на нееперпендикулярно световые лучи и виднав окуляр микроскопа как светлая.

Приналичии в материале неметалли­ческихсоставляющих структуры они видны кактемные, так как погло­щают световыелучи.

Стали, получаемые кислородно- конверторным, электросталеплавиль-ными другими способами, содержатнеметаллические включения. Этохимические соединения металлов (железа,алюминия, и др.) с неметаллами (серой, кислородом, азотом и др.).

Таблица 3. Перечень основных разновидностейсталей по государственным стандартам

№№ ГОСТа

Наименование стандарта

380-88

535-88

1050-88

1414-75Е

1435-90

4543-71

5632-72

5950-73

14959-79

19265-73

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.

Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия.

Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием. Технические условия

Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали

Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.

Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия

Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия.

Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия.

Таблица 4. Перечень основных разновидностейчугунов по государственным стандартам

№№ ГОСТа

Наименование стандарта

1215-79

1412-85

1585-85

7293-85

7769-82

28394-89

Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия.

Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.

Чугун антифрикционный для отливок. Марки.

Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.

Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки.

Чугун с вермикулярным графитом для отливок. Марки.

Рис. 3. Схема отражения световыхлучей от поверхности полированного (а)и подвергнутого травлению (б) микрошлифа.

Основными видами неметаллическихвключений в стали по ГОСТ1778-70 являются оксиды, сульфиды, силикаты,нитриды и карбонитриды (MnS,SiO2,TiN, nFeOmMnO pSiO2 и др.).

Оксиды и нитриды являются хрупкимии при прокатке стали располагаются ввиде строчек или рассредоточенныхточечных частиц. Пластичные сульфидыполучают форму продолговатых линз.

Силикаты имеют сложный химическийсостав и могут быть пластичными илихрупкими.

После травления шлифахимическим реактивом различныеструктур­ные составляющие материаларастворяются в разной степени, т.е.возникает некоторый рельеф поверхности(наличие выступающих и углубленныхучастков). На отдельных участках этогорельефа световые лучи отражаются вразной степени и участки поверхностишлифа видны в окуляр как светлые и темныеразличных оттенков.

Данные о фазовом строении иструктуре материалов в равновесномсостоянии получают из приведенных вучебниках и справочниках диа­граммсостояния.

Такие диаграммы состоянияв координатах «темпера­тура — химическийсостав» содержат информацию о фазах(первичных составляющих микроструктуры),имеющихся в отдельных областях диа­грамм,разделенных сплошными линиями.

Этиданные относятся к рав­новесномусостоянию сплавов. Применительно ксталям и чугунам диаграмма состоянияжелезо – углерод дана на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма состояния железо –углерод

Метастабильная диаграммасостояния железо-углерод относится кслучаю полной растворимости компонентовв жидком состоянии выше линии ликвидусаABCD и ограниченной растворимости углеродав железе в твердом состоянии. У железанаблюдаются два полиморфных превращения:

tG tN

Fe Fe ; Fe Fe

Железо модификаций и  имеет соответственно кристаллическиерешетки объемоцентрированного куба(ОЦК) и гранецентрированного куба (ГЦК).В связи с наличием у железа полиморфныхпревращений на диаграмме состоянияжелезо-углерод образуются три областитвердых растворов углерода в железе:

— область NJESGN твердого раствора(аустенита А), т.е. раствора углерода вFe (ГЦК);

— две области QPGQ и AHNA твердогораствора  (феррита Ф), т.е. раствора углерода в Fe (ОЦК).

В правой части метастабильнойдиаграммы состояния железо-углеродимеется узкая область DFKLD твердогораствора небольшого количества железав химическом соединении Fe3C,т.е. цементита Ц.

Следовательно, в сплавахметастабильной диаграммы состоянияжелезо-углерод существуют следующиефазы: жидкий раствор углерода в железе,феррит, аустенит, цементит. Остальныеобласти диаграммы состояния, ограниченныесплошными линиями, являются двухфазными,т.е. состоят из тех или иных двух фаз.

На диаграмме состояния имеютсятакже горизонтальные линии трехфазныхравновесий при постоянных температурах,где в равновесном состоянии существуютпо три фазы:

 линия HJB перитектическогопревращения:

tHJB

Жв + Фн АJ

 линия ECF эвтектическогопревращения:

tECF

Жc е (Ае + ЦF) (эвтектика-ледебурит Л)

 линия PSK эвтектоидногопревращения:

tPSК

АS е (Фр + ЦК)(эвтектоид — перлит П)

В сплавах железо – углерод- кремний в зависимости от количествауглерода и кремния, численной величиныскорости охлаждения существовуют дверазновидности диаграммы состоянияжелезо-углерод: метастабильная(железо-цементит) и стабильная (железо- графит).

У сталей и чугунов в равновесномсостоянии имеются следующие фазы:

Жидкий раствор (Ж)на основе железа.

Феррит (Ф)-твердый раствор углерода и легирующихэлементов в железе Fеaс кристаллической решеткойобъемно-центрированного куба (ОЦК).Феррит имеет твердость НВ 80-90,пластичен (относитель­ноеудлинение 50 %).

Аустенит (А)— твердый раствор углерода и легирующихэлемен­тов в железе Fegс кристаллической решеткойгранецентрированного куба (ГЦК).

Цементит (Ц) -раствор небольшогоколичества железа в карбиде железаFe3C.

Образуются также и более сложныеструктурные составляющие из двух фаз,наблюдаемые в микроструктуре:

Перлит (П)в виде темных (коричневых) участков,состоящий из ферритной основы и кристалловцементита пластинчатой формы (пластинчатыйперлит). Он образуется при медленномохлаждении в сталях и чугунах в результатеследующего фазового превращенияаустенита:

tpsk

А Ф + Ц (П)

Особой термической обработкойможет быть получен зернистый перлит,состоящий из феррита и частиц цементитав форме мелких зерен.

Ледебурит (Л)в виде пестрых бело-темных участков,состоящий из белого цементита -основыи темного перлита в виде округлых илиудлиненных частиц (ниже 727°С). Вышетемпературы 727°С этот леде­буритсостоит из цементита и аустенита :

tecf

Ж А + Ц (Л)

Многочисленные стали разныхмарок, отличающиеся химическим составом,по микроструктуре в равновесном состоянииразделяются на шесть основных структурныхклассов (табл. 5). Представление оструктурных классах чугунов дает табл.6 и структурная диаграмма на рис. 5. Формывключений графита показаны на рис. 6.

Рис. 5. Структурная диаграмма чугунов(толщина стенки отливки постоянная)

Рис. 6. Характерные геометрическиеформы включений графита в конструкционныхчугунах (без травления шлифов): а -пластинчатая, б — шаровидная, в –вермикулярная, г — хлопьевидная(компактная).

Таблица 2.3. Структурные классы сталейв равновесном состоянии

Структурный класс стали

Химический состав

Микро-структура

Типовое применение в машиностроении

Углерод

С

Типичные легирующие элементы

Доэвтектоидные стали

Ср

Источник: https://gigabaza.ru/doc/95739-pall.html

Biz-books
Добавить комментарий