Микроструктура чугунов
Белый чугун (БЧ). Микроструктурный анализ белых чугунов проводят, используя метастабильную диаграмму состояния системы железо - углерод. Белый чугун по структуре делится на три вида (рис. 5.4): - доэвтектический (содержит от 2,14 до 4,3 % углерода), состоит из перлита, ледебурита превращенного и цементита вторичного, который может кристаллизоваться в виде тонких пластинок или зёрен; - эвтектический (содержит 4,3 % углерода), состоит из одной структурной составляющей—ледебурита превращенного; - заэвтектический, содержащий свыше 4,3% углерода, имеет структуру цементита первичного и ледебурита превращенного. Кристаллы первичного цементита имеют форму вытянутых плоских дендритов.
а) б) в) Рис. 5.4. Микроструктуры белых чугунов: а) – доэвтектического; б) – эвтектического; в) – заэвтектического
Серый чугун (СЧ) . Его получают в процессе выплавки за счет введения графитизирующей добавки кремния (рис. 5.2). Микроструктурный анализ серых чугунов проводят, используя стабильную диаграмму состояния системы железо - графит (пунктирные линии на рис. 5.1). Серые чугуны разделяют по структуре металлической основы (рис. 5.5). В зависимости от полноты графитизации она может быть трех видов: ферритная, когда графитизация прошла полностью; перлитная, образующаяся, если эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной диаграммой; феррито-перлитная, когда аустенит при эвтектоидной реакции частично распадается с образованием графита, а частично - с образованием перлита.
а) б) в) Рис. 5.5. Микроструктуры серых чугунов: а) – ферритного; б) – феррито-перлитного; в) – перлитного
Ковкий чугун (КЧ). Его получают путем отжига отливок из белого чугуна, который основан на том, что при повышенных температурах цементит становится неустойчивым и распадается с выделением графита. Степень графитизации зависит от температуры и времени отжига, состава белого чугуна и других факторов. Схема графитизирующего отжига показана на рис. 5.6, а на рис. 5.7 – три типа структур, образующихся в зависимости от полноты графитизации. Длительная выдержка τ = 12...15 ч при температуре 950...1000 оС приводит к разложению цементита на аустенит и графит (первая стадия графитизации). Затем при охлаждении, переходя критическую температуру А1, аустенит превращается в перлит. Дальнейшее охлаждение сохраняет структуру сплава, состоящую из перлита и графитовых включений хлопьевидной формы (рис. 5.7, в).
Рис. 5.6. График отжига белого чугуна для получения ковкого чугуна
Выдержка в течение 25...30 ч при температуре 720...740 оС приводит к распаду цементита перлита на феррит и графит (вторая стадия графитизации). По завершению процесса структура чугуна состоит из феррита и включений графита (рис. 5.7, а). Если выдержку при температуре 720...740 оС сделать менее 25...30 ч, то часть перлита сохранится и отливка будет иметь феррито-перлитную структуру с включениями графита (рис. 5.7, б). Образующийся в процессе отжига графит приобретает компактную, почти равноосную хлопьевидную форму с разорванными краями. Такая форма графитовых включений создает меньшую концентрацию напряжений по сравнению с пластинчатой формой графита серых чугунов, что повышает пластичность и прочность ковких чугунов. Из ковких чугунов изготавливают детали, воспринимающие ударные и знакопеременные нагрузки.
а) б) в) Рис. 5.7. Микроструктуры ковких чугунов: а) – ферритного; б) – феррито-перлитного; в) – перлитного Высокопрочный чугун (ВЧ). Высокопрочный чугун получают путем модифицирования жидкого расплава щелочными или, щелочноземельными металлами. Чаще для этого применяют магний в количестве 0,03—0,07%. По содержанию остальных элементов высокопрочный чугун не отличается от серого. Под действием модификаторов графит в процессе кристаллизации принимает шаровидную форму. Такой графит, называемый глобулярным, не создает концентрации напряжений и значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем включения графита другой формы. Высокопрочные чугуны по микроструктуре металлической основы также подразделяют на ферритный, феррито - перлитный и перлитный (рис. 5.8).
а) б) в) Рис. 5.8 Микроструктуры высокопрочных чугунов: а – ферритного; б – феррито-перлитного; в – перлитного
Особенности образования графитных включений шаровидной формы заключаются в том, что при эвтектической кристаллизации, аустенит отлагается в виде оболочек на глобулах графита и изолирует их от жидкой фазы. Это обеспечивает малую скорость их роста при непрерывном зарождении новых центров кристаллизации. Поэтому модифицированный магнием чугун содержит большое количество мелких включений графита. Чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ). Структура вермикулярных чугунов формируется под действием комплексного модифицирования алюминием и редкоземельными металлами. Графит приобретает вермикулярную (от лат. vermiculus «червячок») форму в виде мелких, червеобразных прожилок, не создающих высокой концентрации напряжений. По структуре металлической основы ЧВГ могут быть ферритными, феррито-перлитными и перлитными. Вермикулярные чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами, свойства которых зависят от формы и размеров графитовых включений, показанных на рис. 5.9.
а) б) в)
Рис. 5.9 Графитовые включения различных видов (Î135, нетравлено): а) – крупные пластинчатые в сером чугуне; б) – мелкие вермикулярные в ЧВГ; в) – шаровидные в высокопрочном чугуне
Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее и длиннее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы (рис.5.9, а) в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна вермикулярная форма (рис.5.9, б), а оптимальной является шаровидная форма графита (рис.5.9, в). Пластичность сплавов зависит от формы графита таким же образом. Относительное удлинение δ для серых чугунов составляет 0,5 %, для вермикулярных – до 10 %, для высокопрочных – до 15 %. Наличие графита наиболее резко уменьшает сопротивление при жестких способах нагружения: удар, разрыв. Прочность на сжатие графитизированных чугунов снижается мало.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2384)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |