Лабораторная работа №9. «Микроструктурный анализ чугунов». Общие положения

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство образования Российской Федерации

Владимирский государственный университет

Кафедра ЛПиКМ

Лабораторная работа №9

«Микроструктурный анализ чугунов»

Выполнил:

студент гр. Т-108

Гордиенко Е. В.

Принял:

Елгаев Н. А.

Владимир 2009

Цель работы: изучить микроструктуру чугунов и установить связь между составом, условиями получения, структурой и свойствами.

Задание:

· Зарисовать диаграмму железо – углерод (пунктирные линии) и железо-цементит (сплошные линии) для чугунов.

· Построить кривые охлаждения для доэвтектического и заэвтектического чугуна. Проверить их построения с помощью правила фаз; указать превращения, протекающие в чугунах при охлаждении их из жидкого состояния до комнатной температуры.

· Рассмотреть под микроскопом и зарисовать микроструктуру образцов белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Описать их структуру, условия и метод получения, механические свойства и применение.

· Объяснить влияние формы и размеров графита на механические свойства чугунов.

· Ответить на контрольные вопросы.

· Составить отчет.

Общие положения

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, которые содержат более 2, 14 % углерода. Кроме углерода, чугуны (по сравнению со сталями) содержат повышенное количество кремния, марганца, серы и фосфора.

В зависимости от содержания примесей, скорости охлаждения и последующей обработки углерод в чугуне может находиться в связанном виде - в виде цементита или в свободном - в виде графита. Различают следующие виды чугунов:

§ Белый чугун. Весь углерод находится в виде цементита.

§ Серый чугун. Большая часть или весь углерод находится в виде графита. Графит имеет форму пластинок.

§ Ковкий чугун. Большая часть находится в виде графита. Графит имеет хлопьевидную форму.

§ Высокопрочный чугун. Большая часть или весь углерод находится в виде графита. Графит имеет шаровидную форму.

Белые чугуны получаются при ускоренном охлаждении и повышенном содержании марганца (свыше 1 %). В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита (РезС), поэтому этот чугун очень твердый и хрупкий. Структурные превращения происходят в соответствии с диаграммой Fe-Fe3C. При кристаллизации белых чугунов образуется эвтектика - ледебурит. Ледебурит - это механическая смесь аустенита и цементита. Он образуется при температуре 1147 °С, при 727 °С аустенит, входящий в состав ледебурита, превращается в перлит. Ниже 727 °С ледебурит представляет собой смесь перлита и цементита.

По содержанию углерода белые чугуны делятся на доэвтектические (2, 14 - 4, 3 %), эвтектические (4, 3 %) и заэвтектические (больше 4, 3 %). Доэвтектические белые чугуны имеют структуру, состоящую из перлита и ледебурита (рис. 12. 1, а). Чем. больше углерода в доэвтектическом чугуне, тем больше содержание ледебурита.

Эвтектический белый чугун состоит только из ледебурита (рис. 12. 1, б).

Заэвтектический чугун состоит из крупных пластин первичного цементита и ледебурита (рис. 12. 1, в). Чем больше углерода в заэвтектическом чугуне, тем больше он содержит первичного цементита. Серый чугун получается при медленном охлаждения и повышенном содержании кремния (до 3 %). Структура серых чугунов характеризуется количеством и формой графитовых включений и структурой металлической основы. Графит выделяется в виде пластин, такие включения являются внутренними надрезами. Они сильно снижают прочность чугуна.

Металлическая основа серого чугуна бывает ферритной, феррито-перлитной, перлитной. Микроструктура серого чугуна на феррито-перлитной основе приведена на рис. 12. 1, г.

Свойства серого чугуна зависят от количества и формы графита и структуры металлической основы. Прочность серых чугунов на растяжение находится в пределах 100 - 350 МПа (ГОСТ 1412-85).

Серый чугун маркируется буквами СЧ (серый чугун) и двузначным числом. Две цифры показывают минимальное значение предела прочности чугуна на растяжение. Мерой качества чугуна принято считать показатели его прочности. Количество, размер и форму графитных включений изучают на нетравленых шлифах. После травления изучают структуру металлической основы. Если в чугуне наряду с графитом есть ледебурит, то такой чугун называется половинчатым.

Ковкий чугун получают при длительном нагреве при высоких температурах (отжиг 900 - 1000 °С) отливок из белого чугуна. При температурах около 1000 °С цементит распадается и образуется графит хлопьевидной формы. Такой графит по сравнению с пластинчатым значительно меньше снижает прочность и пластичность металлической основы.

Металлическая основа ковкого чугуна бывает ферритной, феррито-перлитной и перлитной. Микроструктура ковкого чугуна на феррито-перлитной основе показана на рис. 12. 1, д.

Прочность ковкого чугуна (ГОСТ 26358-87) может меняться от 300 до 800 МПа. Кроме того, ковкий чугун более пластичен, чем серый. Относительное удлинение равно 2-15 %.

В марках ковкого чугуна указывается наряду с пределом прочности на растяжение величина относительного удлинения в процентах. Например, чугун марки КЧ 60-3 имеет предел прочности на растяжение ав = 600 МПа; относительное удлинение 5 = 3%.

Высокопрочный (модифидированнный) чугун получают при модифицировании серых чугунов. Перед разливкой в чугун добавляют небольшое количество магния или церия (0, 1 - 0, 3 %). Под воздействием этих элементов графит при кристаллизации принимает шаровидную форму.

Металлическая основа высокопрочного чугуна бывает ферритной, фер-рито-перлитной и перлитной. Микроструктура высокопрочного чугуна на ферритной основе приведена на рис. 12. 1, е. Шаровидный графит меньше ослабляет металлическую основу и обеспечивает высокие механические свойства. Прочность этого чугуна ав = 350 - 1000 МПа (ГОСТ 7293-85). В марках высокопрочного чугуна указывается только предел прочности на разрыв, как и у серых чугунов. Например, чугун марки ВЧ 80 имеет предел прочности на растяжение ав= 800 МПа.

12 Следующая ⇒