Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности

Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности. Классификация литейных чугунов. Параметры структуры и свойств.

Москва-2009

Основы технологии производства чугунных отливок

Лекции

Раздел 3

Проф. Э. Б. Тен

Чугуны являются наиболее распространенным материа­лом для изготовления фасонных отливок, прежде всего машиностроительного назначения. Это обусловлено сочетанием хороших функциональных и технологи­ческих свойств с низкой себестоимости их получения. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его качества по показателям прочности и эксплуата­ционных свойств, совершествания составов и технологии получения.

Чугуны отличаются от стали тем, что при кристаллизации претерпевают эвтектическое превращение. При этом промышленные чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы на основе железа и углерода, дополнительно содержащие постоянные и легирующие компоненты, а также примеси и газы. Железо и углерод образуют основу чугуна, поэтому являются базовыми компонентами. Постоянными компонентами чугуна являются кремний (до 4 %) и марганец (до 1 %). К легирующим компонентам относятся никель, медь, хром, молибден, ванадий и др., а также кремний и марганец сверх обычного содержания. Их вводят в чугун для улучшения параметров структуры и свойств, в том числе придания им специальных свойств. В чугуне также всегда присутствуют фосфор и сера как примеси, а также газы – водород, кислород и азот. Все компоненты, содержащиеся в промышленных чугунах, в той или иной степени сдвигают критическиие точки (вверх или вниз, вправо или влево) относительно их положения в двойной диаграмме состояния Fe-C(Fe₃C). Поэтому положение состава промышленного чугуна на диаграмме состояния (Рис. 3.1.1), как правило, не совпадает с содежанием в нем углерода. Для оценки этого отличия используют понятия углеродного эквивалента C_Э и степени эвтектичности S_Э.

Рис. 3.1.1 Диаграмма состояния Fe-C (Fe₃C).

Углеродный эквивалент C_Э представляет собой показатель кажущегося содержания углерода в чугуне:

C_Э = C + 0,30 Si + 0,33 P + 0,40 S + 0,25 Cu + 0,07 Ni - 0,03 (0,04) Mn (3.1.1)

Из уравнения (3.3.1) следует, что 1 % кремния, фосфора, серы, меди и никеля смещают точку эвтектики влево эквивалентно 0,30, 0,33, 0,40, 0,25 и 0,07 % углерода, а 1 % марганца, наоборот, смещает эвектическую точку вправо эквивалентно 0,03-0,04 % углерода.

Степень эвтектичности S_Э представляет собой показатель положения чугуна данного состава относительно эвтектического состава:

S_Э = C / [4,26 - 0,3 Si - 0,33 P - 0,4 S - 0,25 Cu - 0,07 Ni + 0,03 (0,04) Mn] (3.1.2)

По значению S_Э можно оценить степень отклонения чугуна данного состава от эвтектического состава, для которого S_Э = 1.

Например, чугун, который содержит 3,30 %С, 2,00 %Si, 0,10 % P, 0,07 %S, 0,03 %Cu, 0,02 %Ni и 0,70 %Mn имеет углеродный эквивалент

C_Э = 3,30 + 0,30∙2,00 + 0,33∙0,10 + 0,40∙0,07 + 0,25∙0,03 + 0,07∙0,02 - 0,03∙0,70 = 4,20 %.

При этом степень эвтектичности его равна:

S_Э = 3,30 / [4,26 - 0,30∙2,00 - 0,33∙0,10 - 0,40∙0,07 - 0,25∙0,03 - 0,07∙0,02 + 0,03∙0,70] =

= 3,30 / [4,26 – 0,90] = 3,30 / 3,36 = 0,98.

Это означает, что промышленный чугун с фактическим содержанием углерода 3,3 % при формировании структуры будет вести себя как Fe-C сплав с содержанием углерода 4,20 %, т. е будет иметь структуру эвтектического чугуна, поскольку степень эвтектичности его равна 0,98.

Параметры C_Э иS_Э позволяют пользоваться двойной диаграммой состояния Fe-C (Fe₃C) для оценки процессов, протекающих при кристаллизации многокомпонентного чугуна.

Дата добавления: 2014-01-07