Московский государственный технический университет им.Н. Э.Баумана
Калужский филиал Е.В.Акулиничев
Изучение зависимости между структурой и свойствами
чугунов.
Методическое указание к лабораторным работам по курсу
«Материаловедение»
Под редакцией проф. Лебедева В.В.
Калуга 2001 г.
Аннотация
В методических указаниях рассмотрены закономерности формирования структуры чугунов, способы получения различной формы графитовых включений, влияние формы графита и структуры металлической основы на основные механические, технологические и эксплуатационные свойства чугунов различных классов.
Даны рекомендации по оформлению отчёта по лабораторной работе.
Задание и порядок выполнения работы.
1.Изучить структуру белых чугунов в соответствии с диаграммой Fe-Fe3C.
2.Рассмотреть под микроскопом и зарисовать структуру доэвтектйческого белого чугуна,
обозначив на рисунке структурные составляющие. Отметить особенности структуры и
свойств, а также область применения белых чугунов.
3.Рассмотреть под микроскопом и зарисовать структуру серых чугунов с различной
основой, высокопрочного и ковкого чугунов. Обозначить на рисунке структурные
составляющие, а под рисунками указать класс чугуна, его марку, форму графитных
включений, отметив, как её можно получить.
Записать в виде таблицы для изученных марок чугунов их механические свойства и примерное назначение.(см.табл.)
Проанализировать данные таблицы и описать, как влияет на механические свойства и почему:
а) форма графита;
б) структура металлической основы.
Необходимые материалы и приборы.
1.Коллекция микрошлифов: белый чутун (доэвтектический или заэвтектический), серые чугуны - ферритный - марки СЧ 15, феррито - перлитный - марки СЧ 20, перлитный -марки СЧ 30, высокопрочный - марки ВЧ 40 - 12, ковкий - марки КЧ 45-7.
Металлографический микроскоп.
Плакаты.
Структура и свойства чугунов.
Железо-углеродистые сплавы, содержащие более 2,14%С относятся к чугунам.
Свойства чугунов определяются их структурой, которая зависит не только от химического состава, но и от процесса выплавки, условий охлаждения отливки и режима термической обработки. В зависимости от того, в каком состоянии и в какой форме присутствует углерод в сплаве, различают белый, серый, высокопрочный и ковкий чугуны.
Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, который придает излому светлый блеск. Диаграмма состояния Fe-Fe3C отражает фазовые превращения, происходящие в белых чугунах при нагреве и охлаждении.
Белый чугун в зависимости от содержания углерода разделяют на доэвтектический (от 2,14 до 4,3 %С), эвтектический (4,3 %С) и заэвтектичкский (от 4,3 до 6,67 %С).
Кристаллизация белых доэвтектических чугунов начинается с выделения из жидкого раствора кристаллов аустенита, заэвтектических - с выделения первичного цементита. При температуре 1147 °С (линия ECF) белые чугуны претерпевают эвтектическое превращение. Оно заключается в образовании из жидкого раствора, содержащего 4,3% С. эвтектической смеси, состоящей из кристаллов аустенита и кристаллов цементита. Смесь называется ледебуритом.
При дальнейшем понижении температуры доэвтектического чугуна, как показывает линия ES, уменьшается растворимость углерода в аустените, в результате из него выделяется цементит, как и в заэвтектоидных сталях. При температуре 727 ° С аустенит претерпевает эвтектоидное превращение, т.е. распадается с образованием эвтектоидной смеси - перлита.
Аустенит, входящий в ледебурит, также превращается в перлит. Поэтому ледебурит при температурах ниже 727 ° С представляет собой смесь перлита и цементита.
Таким образом, структура белого доэвтектичкского чугуна при комнатной температуре состоит из ледебурита, перлита и вторичного цементита (рис. 1). Ледебурит представляет светлые цементитные поля с тёмными перлитными участками (точками). Перлит образует тёмные зёрна, вторичный цементит частично виден в виде светлых выделений по границам перлитных зёрен, а частично сливается с цементитом ледебурита. Эвтектический белый чугун имеет в своей структуре один ледебурит.
Структура белого заэвтектического чугуна состоит из ледебурита и крупных продолговатых кристаллов первичного цементита, выделившихся из жидкого раствора (рис.2).
Из-за присутствия в белых чугунах большого количества цементита они очень тверды и хрупки и для изготовления деталей машин не используются. Белый заэвтектическии чугун идёт в переплавку, а доэвтектическии переделывается специальной термической обработкой на ковкий.
Находит применение отбелённый чугун - это серый чугун с тонким слоем белого чугуна на поверхности. Такой чугун обладает высокой поверхностной твёрдостью и износостойкостью и используется для изготовления трущихся деталей - прокатные валки, колёса, лемехи плутов, шары мельниц.