«МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО» для підготовки до тесту
СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ СІРИХ ЧУГУНОВ
Чавуни - залізовуглецевих сплави, що містять більше 2,14% С. У роботі 4 вивчалася структура білих чавунів. Їх назва і механічні властивості обумовлені наявністю великої кількості цементиту в структурі. За правилом відрізків в евтектичному білому чавуні (структура - ледебурит) міститься% ≈ 64% цементиту. Цементит надає світлий відтінок зламу (звідси назва) цих чавунів, робить їх дуже твердими і тендітними, не здатними протистояти розтягуються, изгибающим і особливо ударних навантажень 1. Тому їх застосування дуже обмежено.
Широке поширення в машинобудуванні мають чавуни, в яких вуглець перебуває переважно не в хімічно зв'язаному стані (у вигляді цементиту), а у вільному - у вигляді включень графіту різної форми. Такі чавуни на відміну від білих називаються сірими (по темному відтінку зламу).
Механічні властивості сірих чавунів залежать від структури металевої основи (матриці), форми, розмірів і кількості графітних включень.
Структура металевої основи сірих чавунів може бути трьох типів: ферит, ферит + перліт, перліт. Зрозуміло, що за інших рівних умов чавун з перлітною основою більш міцний і менш пластичний в порівнянні з чавуном на ферритной основі (див. Залежність структури і властивостей залізовуглецевих сплавів від вмісту вуглецю, робота 4).
Структурні особливості графітних включень (перш за все їх форма) залежать від способу отримання чавунів і в значній мірі визначають їх механічні властивості. У зв'язку з цим розрізняють власне сірі (СЧ), високоміцні (ВЧ) і ковкі (КЧ) чавуни.
Видно, що при низьких швидкостях охолодження і певному змісті (С + Si) 3 процес графітизації завершується повністю - весь вуглець в чавуні знаходиться в кристалах графіту (за винятком 0,01% С, що міститься в фериті).
Г
рафіт в сірих чавунах має форму великих загострених пластин. Кінці таких пластин є концентраторами напружень, вогнищами зародження тріщин в металевій матриці при навантаженні. Особливо небезпечно, коли пластини графіту настільки довгі, що утворюють суцільну сітку. У зв'язку з цим сірі чавуни мають низький межа міцності і практично нульову пластичність. Деяке поліпшення механічних властивостей може бути досягнуто шляхом модифікування - введення в розплав порошкоподібних домішок (модифікаторів) феросиліцію або силикокальция. В результаті пластинки графіту подрібнюються - підвищується міцність, однак пластичність залишається низькою (0,2. 0,5%). Тому сірі чавуни застосовуються для литих виробів, що працюють в основному на стиск, або при відносно невеликих навантаженнях (станини верстатів, блоки циліндрів, картери двигунів, гальмівні барабани і т.п.).
Значного поліпшення механічних властивостей можна домогтися, застосовуючи модифікування магнієм або церієм. В цьому випадку включення графіту приймають кулясту форму. Округлі включення в набагато меншому ступені створюють небезпечну концентрацію напружень, тому істотно підвищується міцність і пластичність чавуну. Чавуни з ізольованими кулястими включеннями графіту називають високоміцними. Високоміцні чавуни використовують для відповідальних виливків в авто- і тракторобудування (колінчаті вали, поршні), важкому машинобудуванні (валки прокатних станів, деталі ковальсько-пресового устаткування), хімічної промисловості (корпуси насосів, вентилі).
Отримання виробів ізковкого чавуну принципово відрізняється від технології виробництва виливків з сірих і високоміцних чавунів. Спочатку виготовляють виливок з білого чавуну, при цьому використовуються його високі ливарні властивості, що дозволяють отримувати щільні виливки складної форми. Потім ці виливки піддають тривалому "Графітізуючі" відпалу за схемою, наведеною на рис. 5.2.
В основі цього методу лежить нестійкість (метастабільній) цементиту.
Тривала витримка білого чавуну при t = 950. 1000 ° С викликає розпад цементиту на суміш аустеніту і графіту пластівчасту форми. Прискорене охолодження від цих температур (режим 1 на рис. 5.2) призводить до перетворення аустеніту в перліт (нижче лінії евтектоїдних перетворення PSK), тобто до отримання ковкого чавуну на перлитной основі. Якщо ж охолодження перервати і тривалий час витримати виливок при t720 ° С (трохи нижче PSK), то розпадається також цементит, що входить в перліт, на суміш фериту і графіту. Так отримують ковкий чавун на ферито-перлітною (2, рис. 5.2) або ферритной (3, рис. 5.2) основі.
Властивості ковких чавунів близькі до властивостей високоміцних чавунів. З них виготовляють відповідальні литі деталі, що працюють при динамічних навантаженнях (втулки, муфти, гальмівні колодки, маточини і т.п.).
П
ринцип маркування чавунів зрозумілий з табл. 5.1.
Наведені вище дані дозволяють зробити наступні висновки:
1. Рівень механічних властивостей всіх типів сірих чавунів визначається двома основними структурними чинниками - формою (а також розмірами і кількістю) графітних включень і структурою металевої основи.
По суті, сірі чавуни є вуглецеві доевтектоїдних (Ф + П), евтектоїдні (П) стали чи технічне залізо (Ф) з включеннями графіту. Графіт зменшує міцність і пластичність металевої основи. Тому сірі чавуни мають більш низький комплекс механічних властивостей в порівнянні з вуглецевими сталями. Однак від сталей вони відрізняються більш високими ливарними властивостями, низькою вартістю, нечутливістю до надрізів і іншим дефектам поверхні, антифрикційними (див. Роботу 11) і деякими іншими корисними властивостями.
Відзначити особливості структур, що вивчаються на нетравленний мікрошліф.
Література: [1], c. 144. 155, або [2], c. 292. 302, або [3], c. 224. 233 або [4], c.181. 198.
1Представленіе про механічні властивості білих чавунів можна отримати, екстраполюючи залежності, наведені на рис. 4.2, на великі вмісту вуглецю.
2 По осі абсцис відкладається товщина стінок виливки L. Очевидно, що зростання L відповідає зменшенню швидкості охолодження Vохл.
3 Зазвичай сірі чавуни містять 3,5. 3,6% С і 1,5. 3,0% Si.