Изучение микроструктуры различных видов чугунов и способы их получения

Введение

Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 %С, называют чугуном. Присутствие эвтектики в структуре чугуна обуславливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита или графита, либо одновременно в виде цементита и графита. Цементит придаёт излому чугуна специфический светлый блеск, поэтому чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым. Графит придаёт излому чугуна серый цвет, поэтому такой чугун называют серым чугуном.

Цель работы – изучение микроструктуры различных видов чугунов и способы их получения.

1 Теоретические сведения

Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Эти чугуны, фазовые превращения которых протекают согласно диаграмме состояния «железо-цементит» (рисунок 1, сплошные линии на диаграмме), подразделяют на доэвтектические (П+Л+Ц_II), эвтектические (Л) и зазвтектические (Л+Ц_I).

Схемы изображения микроструктур белых чугунов представлены на рисунке 2.

Рисунок 1 – Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

                       а                                   б                                    в а – доэвтектический; б – эвтектический; в – заэвтектический 

Рисунок 2 – Схема изображения микроструктур белых чугунов

Из-за большого количества цементита белые чугуны твердые (НВ– 4500 – 5500), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

1.1 Серый чугун

Серый чугун маркируется буквами С – серый и Ч – чугун (ГОСТ 1412–85). После букв следуют цифры, указывающие значение временного сопротивления при растяжении 10^-1 МПа (кгс/мм²) .

Серые чугуны по свойствам и применению можно разделить на следующие группы; ферритные, ферритно-перлитные и перлитные, схемы микроструктур которых представлены на рисунке 3.

Ферритные и ферритно-перлитные чугуны (СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18) имеют временное сопротивление 100 – 180 МПа (10 – 18 кгс/мм²), временное сопротивление при изгибе 280 – 320 МПа (28 –32 кгс/мм²). Их примерный состав: 3,5 – 3,7 %С; 2,0 –2,6 %Si; 0,5 –0,8 %Мn; ≤0,36 %Р; ≤0,15 %S. Структура чугунов – феррит + графит; феррит + перлит + графит (графит чаще в виде крупных пластинчатых выделений).

а                                     б                                     в а – на  ферритной основе; б – на феррито-перлитной основе; в – на перлитной основе

Рисунок 3 – Схемы микроструктур серых чугунов

Эти чугуны применяют для малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе (фундаментные плиты, литые малонагруженные детали сельскохозяйственных машин, станков, автомобилей и тракторов, арматуры и т.д.).

Перлитные чугуны (СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35) применяют для ответственных отливок (станин мощных станков и механизмов, поршней, цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений, компрессоров, арматуры, дизельных цилиндров, блоков двигателей и т.д.). Структура этих чугунов – мелкопластинчатый перлит (сорбит) с мелкими пластинчатыми графитными включениями.

1.2 Высокопрочный чугун

В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму. Такой чугун получают модифицированием расплава магнием. Его вводят в жидкий чугун перед разливкой в количестве 0,03 – 0,07 %. Чугун с шаровидной формой включений графита имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатой формой графитовых включений (отсюда и название чугуна – высокопрочный).

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ (В – высокопрочный, Ч – чугун) и цифрами, обозначающими минимальное значение временного сопротивления при растяжении, МПа х10^-1.

Стандартные марки высокопрочных чугунов представлены в ГОСТ 7293–85: