9.3.1. Марки чугунов

Серый, высокопрочный и ковкий чугуны подразделяют на марки в зависимости от механических свойств. Серый чугун маркируют буквами СЧ (серый чугун) и двумя цифрами, которые показывают минимальное значение предела прочности чугуна на растяжение. Например, СЧ25 имеет предел прочности при растяжении равный 250 МПа.

Высокопрочный чугун (ВЧ) также подразделяется на отдельные марки в зависимости от механических свойств, причем основными показателями являются предел прочности при растяжении и относительное удлинение. Например, ВЧ45-5 имеет предел прочности 450 МПа и относительное удлинение 5%.

Сочетание высокой прочности и пластичности этих чугунов позволяет изго­тавливать из них ответственные изделия.

Ковкий чугун маркируется следующим образом: КЧ означает ковкий чугун. Затем ставят число, показывающее предел прочности и число, показывающее относительное удлинение. Например, КЧ30-6 имеет предел прочности 300 МПа, относительное удлинение 6%.

Резюме

Железо (Fe) - металл сероватого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85. Температура плавления железа 1539 ^оС. Железо имеет две полиморфные модификации a и g. Модификация a -железа существует при температурах ниже 910 ^оС и выше 1392 ^оС (рис. 40). В интервале температур 1392-1539 ^оС a - железо нередко обозначают как d - железо. Кристаллическая решетка a - железа - объемно центрированная кубическая (ОЦК). До температуры 768 ^оС a- железо магнитно (ферромагнитно). Эту точку перехода от ферромагнитного в парамагнитное состояние называют точкой Кюри (А₂). Модификация g - железа существует при температуре 910-1392 ^оС. Оно парамагнитно. Кристаллическая решетка g - железа - гранецентрированная кубическая (ГЦК) (рис.40).

Точки, соответствующие температуре превращения одной фазы в другую называются критическими точками, обозначающимися буквой А с индексами c и r (c - при нагреве, r - при охлаждении) и цифрами. Ас₃ при нагреве (или Аr₃ - при охлаждении) - переход a↔g при температуре 910 ^оС. Ас₄ (Аr₄) - критическая точка перехода γ↔α при температуре 1392 ^оС.

Углерод (С) является неметаллическим элементом, атомный номер 6, температура плавления 3500 ^оС. Углерод в обычных условиях находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза. Углерод растворим в железе в твердом и жидком состояниях, а также может быть в виде химического соединения - цементита (Fe₃C), а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.

Фазы диаграммы железо-углерод (цементит)

Феррит (Ф) - твердый раствор углерода и других примесей в α- железе.

Аустенит (А) - твердый раствор углерода и других примесей в γ - железе.

Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом - карбид железа (Fe₃C).

Графит - модификация углерода в равновесном состоянии. Он мягок, обладает низкой прочностью и электрической проводимостью.

Перлит - эвтектоидная смесь кристаллов феррита и цементита.

Ледебурит - эвтектическая смесь кристаллов перлита и цементита.

Стали, содержащие от 0,02 до 0,8% С, называются доэвтектоидными и после полного охлаждения имеют структуру избыточного феррита + перлит (рис. 44, б-е).

Сталь, содержащая 0,8% С, называется эвтектоидной и после охлаждения имеет структуру перлита (рис. 44, ж).

Стали, содержащие от 0,8 до 2,14% С, называются заэвтектоидными и после охлаждения имеет структуру перлита и избыточного цементита, который располагается по границам перлитных зерен (рис. 44, з).

Чугуны, в зависимости от содержания углерода, подразделяются на доэвтектический (2,14 - 4,3% С, структура после охлаждения - перлит, ледебурит (перлит + цементит) и вторичный цементит), эвтектический (4,3% С, структура после охлаждения - ледебурит (перлит + цементит)) и заэвтектические (более 4,3% С, структура - ледебурит (перлит + цементит) и цементит) (рис. 43). С повышением содержания углерода количество цементита возрастает.

Фазовый состав всех сплавов одинаков: при температуре ниже 727⁰С они состоят из феррита и цементита.

Классификация легированных сталей

Легированные стали могут быть классифицированы по четырем категориям.

Классификация по равновесной структуре

1. Доэвтектоидные стали, имеющие в структуре избыточный феррит.

2. Эвтектоидные стали, имеющие перлитную структуру.

3. Заэвтектоидные стали, име­ющие в структуре избыточные (вто­ричные) карбиды.

4. Ледебуритные стали, име­ющие в структуре первичные кар­биды, выделившиеся из жидкой стали. В литом виде избыточные карбиды совместно с аустенитом образуют эвтектику — ледебурит, который при ковке или прокатке разбивается на обособленные кар­биды и аустенит.

Классификация по структуре после охлаждения на воздухе

Учитывая структуру, получаемую после охлаждения на воздухе образцов небольшой толщины, можно выделить три основных класса сталей: 1) перлитный; 2) мартенситный; 3) аустенитный. Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситного — более значительным, и, наконец, аустенитного — высоким содержанием легирующих элементов.

Классификация по составу

В зависимости от состава легированные стали классифицируются как никелевые, хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и тому подобные стали. Классификационный признак — наличие в стали тех или иных легирующих элементов.

Классификация по назначению

В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы.

Конструкционная сталь, идущая на изготовление деталей ма­шин. Конструкционная сталь, как правило, у потребителя подвер­гается термической обработке. Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые (подвергаемые цементации) и улучша­емые (подвергаемые закалке и отпуску).

Близкие по составу к конструкционным сталям, но не предназна­ченные для термической обработки у потребителя, объединяются в группу так называемых строительных сталей (они в основном применяются в строительстве). Часто их называют низколегирован­ными.

Инструментальная сталь, идущая на изготовление режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Инструмен­тальные стали условно подразделяют на следующие четыре категории: углеродистые, легированные, штамповые и быстроре­жущие.

Стали и сплавы с особыми свойствами. К ним относятся стали, обладающие каким-нибудь резко выражен­ным свойством: нержавеющие, жаропрочные и теплоустойчивые, износоустойчивые, с особенностями теплового расширения, с особыми магнитными и электрическими свойствами.

Маркировка легированных сталей

Для обозначения марок стали разработана система, принятая в ГОСТах. Обозначения состоят из числа цифр и букв, указывающих на примерный состав стали.

Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н — никель; Х - хром; К — кобальт; М — молибден; Г — марганец; Д — медь; Р - бор; Б — ниобий; Ц — цирконий; С — кремний; П — фосфор; Ч - редкоземельные металлы; В—вольфрам; Т—титан; А—азот; Ф - ванадий; Л - бериллий; Е - селен; Ви - висмут; Гл - галлий; Кд - кадмий; Ш - магний; Ю — алюминий. Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высокоуглеродистых инструментальных сталях в десятых долях процента). Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента (при содержании элемента менее 1 % цифра отсутствует; при содержании 1 % цифра 1 и 2 % — цифра 2 и т.д.).

Чугун отличается от стали по составу - более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными свойствами, низкой пластичностью, а также дешевизной.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном виде цементита.

Серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита (рис. 45, а).

Высокопрочный чугун, в котором в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита (рис. 45, б).

Ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна, содержит графит хлопьевидной формы (рис. 45, в).

По строению металлической основы чугун разделяют на:

- перлитный чугун (рис. 46, а).

- феррито-перлитный чугун (рис. 46, б).

- ферритный чугун (рис.46, в).

Марки чугунов

Серый чугун маркируют буквами СЧ (серый чугун) и двумя цифрами, которые показывают минимальное значение предела прочности чугуна на растяжение.

Высокопрочный чугун (ВЧ) также подразделяется на отдельные марки в зависимости от механических свойств, причем основными показателями являются предел прочности при растяжении и относительное удлинение.

Ковкий чугун маркируется следующим образом: КЧ означает ковкий чугун, затем идут цифры, соответствующие значениям предела прочности на растяжение и относительному удлинению.

Вопросы для повторения

1. Назвать основные компоненты железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов)? Охарактеризовать их.

2. Какие критические точки в железоуглеродистых сплавах Вы знаете? Что они обозначают?

3. Какие фазы Вы знаете в сталях и чугунах?

4. Дать классификацию углеродистым и легированным сталям.

5. Какова микроструктура доэвтектоидных сталей?

6. Какова микроструктура эвтектоидных сталей?

7. Какова микроструктура заэвтектоидных сталей?

8. Дать определение типам структуры: «феррит», «перлит», «цементит», «ледебурит», «аустенит».

9. По предложенной фотокарточке микроструктуры определить марку доэвтектоидной стали (по содержанию углерода).

10. Марки углеродистых сталей.

11. Как влияет содержание углерода на микроструктуру и свойства сталей?

12. Какова микроструктура доэвтектических белых чугунов?

13. Какова микроструктура эвтектических белых чугунов?

14. Какова микроструктура заэвтектических белых чугунов?

15. Микроструктура серых чугунов. Марки. Применение.

16. Микроструктура ковких чугунов. Марки. Применение.

17. Микроструктура высокопрочных чугунов. Марки. Применение.

18. Какая структурная основа встречается у чугунов?

19. Как влияет форма графитных включений на механические свойства чугунов?

20. Какие преимущества имеют чугуны перед сталями благодаря наличию графитных включений?