Выполнил: студент гр. ГМ-11 _____________ /Королев Р.И./
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: __________________
Проверил: ассистент ____________ /Лавренко С. А./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
Цель работы: получить навыки в проведении микроструктурного анализа чугунов.
Общие сведения:
Чугуны – сплавы железа с углеродом при содержании углерода от 2,14 до 6,67 %.
В зависимости от того, в каком виде углерод выделяется из расплава все чугуны подразделяются на белые и серые.
У белых чугунов весь углерод находится в форме цементита, у серых – весь или в большей части в виде графита.
Белые чугуны – очень твердые, хрупкие, не поддаются обработке резанием и по этой причине не находят практического применения.
2 условия образования серых чугунов:
1. медленная скорость охлаждения расплава
2.наличие в расплаве достаточного количества кремния, как элемента способствующего процессу графитизации углерода.
В обычных условиях графитовые включения серых чугунов имеют форму пластинок.
В зависимости от содержания кремния в сплаве углерод переходит в графит весь или только частично.
При большом содержании кремния получается структура, состоящая из металлической ферритной основы и графитовых включений (рис. 1.а). Это так называемый серый ферритный чугун.
При меньшем содержании кремния в сплаве часть углерода выделяется в виде цементита с образованием ферритно – перлитной металлической основы (рис. 1.б) или перлитной основы (рис. 1.в).
а б в
рис.1. Структура серых чугунов:
а) ферритных
б)феррито-перлитных
в) перлитных
Серый чугун является самым дешевым металлическим конструкционным материалом: хорошо обрабатывается резанием, обладает достаточной прочностью и по этим причинам широко используется как конструкционный материал. В то же время он совершенно не пластичен и не выдерживает ударных воздействий.
Для придания серому чугуну стойкости к ударным нагрузкам, изменяют форму графитовых включений в нем с пластинчатой на шарообразную. Графитовые включения такой формы являются меньшими концентраторами напряжений, способствующих разрушению материала при ударе. Это достигается добавлением в расплав специальных модификаторов – магния или церия.
Серые чугуны с шарообразной формой графитовых включений называются высокопрочными.
В зависимости от содержания кремния в сплаве эти чугуны также могут иметь ферритную (рис. 2.а), феррито-перлитную (рис. 2.б) или перлитную (рис. 3.в) металлическую основу.
а б в
рис.2. Структура высокопрочных (серых) чугунов:
а) ферритных
б)феррито-перлитных
в) перлитных
Для получения тонкостенных чугунных изделий, стойких к ударным воздействиям, отливку изделия получают не контролируя скорость охлаждения, что приводит к образованию белого чугуна.
Затем эту отливку подвергают графитизирующему отжигу при 9500С в течении 10 часов. В результате отжига цементит белого чугуна превращается в графит, имеющий форму хлопьев.
Такие графитовые включения также являются низким концентратором напряжений, а чугун с хлопьеобразной формой графита называется ковким.
В зависимости от содержания кремния в сплаве он также может иметь ферритную (рис. 3.а) ферритно-перлитную (рис. 3.б) или перлитную (рис. 3.в) металлическую основу.
а б в
рис.3. Структура ковких (серых) чугунов:
а) ферритных
б)феррито-перлитных
в) перлитных
Серые чугуны обозначаются буквами СЧ (серый) ВЧ (высокопрочный) КЧ (ковкий) с 2 группами цифр, первая из которых – предел прочности [кгс/мм2], а вторая – относительное удлинение материала в %.
У серых чугунов как необладающих пластическими свойствами, вторая группа цифр отсутствует.
Например: СЧ 25; ВЧ 30 – 8; КЧ 40 – 10.
Таблица 1
Химический состав и механические свойства чугунов
Графитовые включения
Марка
чугуна
sв раст, МПа
s0,2, МПа
sизг, МПа
d %
НВ
С,%
Si,%
Mn,%
Ф
CЧ10
-
-
3,6
2,4
0,7
Ф+П
СЧ25
-
-
3,3
1,8
0,8
П
СЧ35
-
-
2,9
1,6
0,9
Ф
ВЧ38-17
-
3,2
1,5
0,4
Ф+П
ВЧ50-7
-
3,2
1,4
0,5
П
ВЧ1200-2
-
3,2
1,2
0,6
Ф
КЧ35-10
-
-
2,6
1,2
0,6
Ф+П
КЧ45-7
-
-
2,7
1,1
0,6
П
КЧ80-1,5
-
-
1,5
2,8
0,9
0,6
Вывод: в зависимости от формы графитовых включений изменяются твердость, хрупкость, пластичность, способность обрабатываться резанием, а именно: при переходе от пластинчатой формы к шарообразной и хлопьевидной - твердость и хрупкость уменьшаются, а пластичность и способность обрабатываться резанием – увеличиваются.
Чугуны с включениями пластинчатого, шаровидного и хлопьевидного графита при переходе от ферритной к перлитной металлической основе увеличивают прочность, хрупкость, а пластичность – уменьшается.