Основні відомості про структуру чавунів

Устаткування, інструменти, матеріали

Вивчення структури чавунів

Лабораторна робота №4

Запитання для самоперевірки

Порядок виконання роботи

1. Вивчити під мікроскопом при збільшенні в 110–140 разів мікроструктуру заліза та вуглецевих сталей із різною кількістю вуглецю (від 0 до 1,3%).

2. Замалювати структури, що вивчаються, в зошит, указати склад сталі та відмітити всі структурні складові.

3. Визначити за мікробудовою вміст вуглецю в запропонованому зразку доевтектоїдної сталі.

4. Накреслити діаграму «залізо-вуглець» та нанести на неї структурні складові.

5. Зробити висновки за виконаною роботою.

1. Назвіть одно- і двофазні структурні складові в залізовуглецевих сплавах.

2. Схарактеризуйте ферит, аустеніт, цементит, графіт, перліт та ледебурит.

3. Подайте класифікацію залізовуглецевих сплавів за вмістом вуглецю.

4. Яку структуру мають залізо, доевтектоїдна, евтектоїдна та заевтектоїдна сталі?

5. Методика визначення вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі.

6. У яких умовах утворюється зернистий та пластинчастий перліт?

7. Як впливає на властивості сталі будова перліту?

Література: [1, с. 118; 3, с. 260].

Мета роботи: вивчити види чавунів, їх структуру, властивості та галузі використання; набути практичних навичок визначення виду чавунів за мікробудовою.

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів чавуну, плакат чи альбом із мікроструктурами, зразки — зломи білих та сірих чавунів.

Чавуни — це залізовуглецеві сплави із вмістом вуглецю більше 2,14%. Вуглець у чавунах залежно від хімічного складу, швидкості охолодження у процесі кристалізації є в складі цементиту або у вигляді графіту. Відповідно до цього чавуни бувають білі та сірі.

Білі чавуни мають білий, сріблястий злом. Вуглець у таких чавунах міститься у вигляді цементиту. Залежно від умісту вуглецю білі чавуни поділяють на доевтектичні (С < 4,3%), евтектичні (С = 4,3%) і заевтектичні (С > 4,3%).

Структура доевтектичного чавуну за кімнатної температури складається з перліту, вторинного цементиту та ледебуриту (рис. 4.1). При мікроаналізі шліфа вторинний цементит не відрізняється від цементиту, що входить до складу ледебуриту.

Евтектичний чавун на 100% складається з ледебуриту. На мікрошліфі при 20°С на білому фоні цементиту видно темні квасолеподібні включення перліту. Структура заевтектичного білого чавуну, крім ледебуриту, вміщує витягнуті кристали первинного цементиту білого кольору.

Рисунок 4.1 - Структури білих чавунів: а) - доевтектичного; б) - евтектичного; в) - заевтектичного

Утворенню структури білого чавуну сприяють такі фактори:

- зменшення вмісту вуглецю та кремнію;

- введення марганцю, хрому, ванадію;

- збільшення швидкості охолодження під час лиття.

Білі чавуни мають високі твердість, зносостійкість, крихкість та низькі ливарні властивості.

Сірий чавун у зломі темно-сірого кольору має вуглець у вигляді вигнутих пластинок графіту, які добре видно на нетравлених шліфах (рис. 4.2). Металічна основа сірих чавунів буває перлітна, феритна та феритно-перлітна. Феритні сірі чавуни мають низьку твердість і міцність, добре оброблюються різанням. Перлітний чавун більш твердий, міцний, крихкий, зносостійкий. У процесі вивчення під мікроскопом структур сірого чавуну на фоні металічної основи та включень графіту зустрічаються чітко окреслені світлі включення неправильної форми — фосфітна евтектика.

Утворенню структури сірого чавуну сприяють збільшення кількості вуглецю і кремнію, зниження марганцю та хрому, повільне охолодження при ливарних роботах (лиття в піщані форми, великі виливки).

Рисунок 4.2 - Структура графітизованих чавунів: а - сірих; б - ковких; в - високоміцних; 1 - шліфи не травлені; 2 - феритна основа; 3 - перлітна основа

Ковкий чавун одержують із білого тривалим відпалюванням при 950–1000°С. На відміну від пластинок сірого чавуну ковкий має вуглець у вигляді пластинчастого графіту, який компактніший і менше надрізає металічну основу. Це надає ковкому чавуну більшу міцність та пластичність, ніж сірому. Металічна основа ковкого чавуну залежно від умов охолодження виливків, починаючи з температури відпалювання, може бути феритною (тривала затримка нижче 727°С), перлітною (швидке охолодження з 950°С) або феритно-перлітною (недостатня затримка нижче 727°С). Виливки з ковкого чавуну мають малі розміри, комплекс важливих механічних властивостей і використовуються в машинобудуванні для виготовлення помірно навантажених деталей. Негативна якість ковкого чавуну — необхідність тривалого відпалювання (50 та більше годин).

Високоміцний чавун відрізняється від ковкого тим, що в ньому вуглець міститься у вигляді кулястого графіту. Це попереджує надрізи та менше роз'єднує металічну основу чавуну. Високоміцні чавуни за механічними властивостями наближаються до сталей і використовуються для виготовлення відповідальних важконавантажених литих деталей — колінчастих та розподільних валів, кронштейнів, шатунів. Одержують високоміцний чавун модифікуванням магнієм (за тиску до 0,6 МПа).

Отже, чавуни бувають білі та сірі. У білих чавунах увесь вуглець тримається в цементиті, а в сірих більша частина міститься у вигляді графіту. За формою включень графіту чавуни поділяють на сірі, ковкі та високоміцні. Металічна основа цих чавунів буває перлітна (вміст вуглецю 0,8%) або феритна. Але можливі також проміжні стани. Якщо в сірому чавуні є ділянки відбілювання, то такий чавун називається половинчастим. Проміжною є також і феритно-перлітна металічна основа чавунів із включенням графіту. Виливки з половинчастого чавуну не піддаються механічній обробці, тому для зниження твердості їх потрібно піддати тривалому графітизуючому відпалюванню при 950–1000°С.

Таблиця 4.1 – Зразки чавунів

Позна-чення	Назва	Мікроструктура
БЧ	Білий доевтек-тичний чавун	Шліф не травлений: видно тільки пластинчастий графіт.
Шліф травлений: видно перліт (небагато) та ледебурит (евтектична суміш перліту та цементиту).
СЧ(п)	Сірий перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки вигнуті пластинки графіту.
Шліф травлений: добре видно перліт, пластинчастий графіт (гірше) та фосфідна евтектика (дуже світлі кристали).
КЧ(фп)	Ковкий феритно перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки пластівчастий графіт.

Продовження таблиці 4.1

Позна-чення	Назва	Мікроструктура
КЧ(фп)	Ковкий феритно- перлітний чавун	Шліф травлений: добре видно пластівчастий графіт, навколо графіту світлий ферит, решта –перліт.
ВЧ(фп)	Високо-міцний феритно-перлітний чавун	Шліф не травлений: видно тільки кулеподібний графіт.
Шліф травлений: добре видно кулеподібний графіт, навколо графіту – світлий ферит, решта –перліт.
ВЧ(ф)	Високо-міцний феритний чавун	Шліф не травлений: видно тільки кулеподібний графіт.
Шліф травлений: добре видно кулеподібний графіт, решта – ферит.

Дата добавления: 2014-12-24