Практическая работа № 4

Практическая работа № 4

Тема: Микроанализ чугунов.

Цель: изучить классификацию, структуру и применение чугунов.

Время: 3 часа.

1. 186-190

Чугуном называют сплав железа с углеродом и други­ми элементами, содержащими более 2,14 % С.

В металлургическом производстве чугуны выплавля­ют в доменных печах. Получаемые чугуны подразделяют на:

- передельные, специальные (ферросплавы),

- литей­ные.

Передельные и специальные чугуны используют для последующей переработки в сталь.

Литейные чугу­ны (около 20 % всего выплавляемого чугуна) отправля­ют на машиностроительные заводы для использования при изготовлении литых заготовок деталей (литья).

Нелегированный конструкционный чугун для произ­водства отливок в машиностроении имеет следующий химический состав, %:

- 2,0— 4,5 С (углерод);

- 1,0 — 3,5 Si (кремний);

- 0,5— 1,0 Mn (марганец),

содержание примесей:

- не более 0,3 % S (сера);

- не бо­лее 0,15 % Р (фосфор).

Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может находиться не только в раство­ренном и связанном состоянии (в виде химического соединения — цементита Fe₃C), но также в свободном состоянии — в виде графита. При этом форма выделений графита и структура металлической основы (матрицы) определяют основные типы чугуна и их свойства.

Классификация чугуна осуществляется по следую­щим признакам:

- по состоянию углерода — свободный или связан­ный;

- по форме включений графита — пластинчатый, вер­микулярный, шаровидный, хлопьевидный (рис. 1);

- по типу структуры металлической основы (матри­цы) — ферритный, перлитный; имеются также чу­гуны со смешанной структурой: например ферри­то-перлитные;

- по химическому составу — нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (спе­циального назначения).

Рис. 1. Структура чугуна с графитом различной формы:

а - пластинчатый графит в сером чугуне; б— шаровидный графит в высокопрочном чугуне; в — хлопьевидный графит в ковком чугуне.

В зависимости от формы выделения углерода в чугу­не различают:

— белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe₃C,

— половинчатый чугун, в котором основное количе­ство углерода (более 0,8 %) находится в виде це­ментита;

- серый чугун, в котором весь углерод или его боль­шая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;

- отбеленный чугун, в котором основная масса ме­талла имеет структуру серого чугуна, а поверхно­стный слой — белого;

- высокопрочный чугун, в котором графит имеет ша­ровидную форму;

- ковкий чугун, получающийся из белого путем от­жига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы (матрицы) и графитных включений. Свойства чугуна определяются свойствами металлической основы и характера включений графита.

Чугуны содержат следующие структурные составля­ющие (рис. 2):

- графит (Г);

- перлит (П);

- феррит (Ф);

- ледебурит (Л);

- фосфидную эвтектику.

Рис.2. Микроструктура чугуна: I — белый;

II — серый перлитный; IIa— половинчатый; II 6— ферритно-перлитный;

III — серый ферритный; IV— высоко­прочный

По микроструктуре различают:

- белый чугун I (Ц+Г);

- серый перлитный чугун II (П+Г);

- серый ферритный чугун III (Ф+Г);

- половинчатый чугун II а (П+Ц+Г);

- высокопрочный чугун IV (П+шаровидный гра­фит) (см. рис. 2).

Углерод в составе чугуна может присутствовать в виде химического соединения — цементит Fe3C, графита или их смеси. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Места его залегания мож-но считать нарушениями сплошности металла. Чугун как бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. По мере округления графитных включений (за счет модифицирования чугуна присадками Si, Ca, Fe, Si, Al, Mg) их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается и механические свойства чугуна растут.

Например, серый чугун (пластинчатая форма графи­та) имеет низкие характеристики механических свойств, так как пластинки включений графита играют роль кон­центратов напряжений в отливке.

Из высокопрочных чугунов (шаровидная фор­ма графита) изготавливают ответственные детали: зуб­чатые колеса, коленчатые валы.

Выводы:

3