1.3. Микроструктура и механические свойства

ВЫСОКОПРОЧНОГО И КОВКОГО ЧУГУНОВ

Ввысокопрочныхчугунах графит имеет не пластинчатую, а глобулярную форму (рис. 1.10, 1.11). Такую форму графитные включения приобретают после введения в расплав чугуна модификатора - магния, реже - церия.

Г

Рис. 1.10. Глобулярный графит в высокопрочном чугуне

(шлиф непротравленный)

Модифицированный чугун наряду с повышенной прочностью имеет удовлетворительные показатели пластичности: относительное удлинение у него достигает 1,5%.

ПФ

Г

Рис. 1.11. Микроструктура высокопрочного чугуна

ГОСТ 3443-57 содержит эталонную пятибалльную шкалу класс

Г

ификации шаровидного графита по диаметру включений.

Рис. 1.12. Хлопьевидный графит в ковком чугуне

(шлиф непротравленный)

В промышленных условиях ковкий чугун (рис. 1.12) получают из белого путём длительного графитизирующего отжига, сущность которого заключается в разложении метастабильного цементита Fe₃Cв графит.

В процессе первой выдержки при 950-1000^оС происходит графитизация цементита эвтектики (ледебурита).

Отжиг проводится по ступенчатому графику (см. рис. 1.3): нагрев заготовок до температуры 950-1000^оСза 20-25 ч, выдержка в течение 10-15 ч и ступенчатое охлаждение (сначала до температуры 740^оСза 6-12 ч, затем, после выдержки в течение 25-30 ч, плавное полное охлаждение). Весь цикл графитизирующего отжига занимает 70-80 ч.

Вторая выдержка проводится при температуре на 20-30^оС ниже критической

точки А₁, которая для применяемых в промышленности чугунов с содержанием 1,5-3,0% углерода находится примерно при 760-770^оС. Она предназначена для графитизации избыточного вторичного цементита и цементита эвтектоида (перлита). При таком графике отжига практически весь содержащийся в чугуне углерод выделяется в свободном состоянии и структура чугуна будет состоять из ферритной основы с включениями хлопьевидного графита (рис. 1.13, а).

Ф

а

Г

Г

б

П

Ф

в

Рис. 1.13. Микроструктура ковкого чугуна на ферритной (а), перлитной (б)

и феррито-перлитной (в) основе.

Если охлаждение после первой выдержки при 950-1000^оСпровести ускоренно, то процесс графитизации не затронет цементита, входящего в состав перлита и цементита вторичного. В этом случае чугун приобретает перлитную основу и называетсяперлитнымковким чугуном (рис. 1.13,б). Ковкий чугун с перлито-ферритной основой (рис. 1.13,в) формируется при неполной графитизации цементита, входящего в перлит, вследствие малой выдержки при температуре ниже критической точкиА₁.

1.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Для выполнения работы студенты получают комплект образцов-микрошлифов, содержащий несколько непротравленных образцов графитных чугунов (для изучения характера графитных включений) и несколько протравленных образцов чугунов (для изучения структуры металлической основы).

Просмотр микрошлифов выполняется на металлографических микроскопах при увеличении в 100-250 раз. Определение размерных параметров структур производится с использованием образцовых шкал ГОСТ 3443-57.

Каждому студенту необходимо изучить под микроскопом следующее:

на непротравленныхшлифах - форму графитных включений и зарисовать схематические изображения структур в тетрадях в кружочках диаметром 50 мм или в квадратиках размером 40х40 мм. По форме графитных включений следует идентифицировать тип чугуна (серый, ковкий, высокопрочный);

на протравленныхшлифах - тип чугуна по форме графитных включений и определить структуру металлической основы (ферритная, феррито-перлитная или перлитная). По соотношению площадей, занимаемых ферритом и перлитом, определить количество углерода в чугуне, находящегося в связанном состоянии (Fe₃C). Зарисовать структуры в тетрадях и идентифицировать тип чугуна.

В отчёте после выполнения работы зарисовки структур следует сопроводить кратким рассказом о технологиях получения конкретных разновидностей чугунов. Используя диаграмму состояния сплавов "железо-углерод", сказать о превращениях, происходящих при проведении той или иной термической обработки и о механических свойствах чугунов. Необходимо разобраться в маркировке чугунов и в областях применения конкретных разновидностей чугуна.

Выполнение работы зачитывается после представления в письменном виде отчёта, оформленного с соблюдением норм и правил, принятых на кафедре, и положительных устных ответов на вопросы преподавателя.

Вопросы для самопроверки

1. В чём различие между сталями и чугунами?

2. Охарактеризовать классификацию и область применения чугунов.

3. Каковы особенности структурных превращений при кристаллизации и последующем охлаждении чугунов до комнатной температуры?

4. Какие преимущества имеет изготовление деталей из чугуна методом литья?

5. Как зависят структура и свойства чугуна от скорости охлаждения?

6. Охарактеризовать строение и свойства белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов.

7. В чём сущность и назначение модифицирования чугунов?

8. Какие вещества применяются в качестве модификаторов для чугуна?

9. Какое влияние на свойства чугуна оказывает его металлическая основа?

10. Какие факторы влияют на строение металлической основы чугуна?

11. Каковы необходимые условия для графитизации углерода?

12. Как получают и для изготовления каких деталей применяют в промышленности ковкий и высокопрочный чугун?