Лабораторая работа №7

«Структура и свойства чугунов»

Цель работы:

- изучение микроструктуры чугунов разных марок, их свойств и области применения.

1. Классификация чугунов

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. В машиностроении чугун является одним из основных литейных материалов, что объясняется прежде всего его хорошими литейными и прочностными свойствами. Он не подвергается обработке давлением. Главным фактором, определяющим свойства, а, следовательно, и область использования чугуна, является его структура, которая может быть весьма разнообразной.

По структуре чугуны делят на

- белый чугун (БЧ),

- серый чугун (СЧ),

- ковкий чугун (КЧ)

- высокопрочный чугун (ВЧ).

Серыми называют чугуны, в структуре которых высокоуглеродистой фазой является графит пластинчатой формы (ПГ, рис. 1, а). В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную (ХГ) форму (рис. 1, б), в высокопрочных – шаровидную (ШГ, рис. 1, в). Включения графита располагаются в металлической основе (матрице), которая может быть ферритной, перлитной или ферритно-перлитной. Белые чугуны имеют белый блестящий излом, подобно сталям кристаллизуются по диаграмме метастабильного равновесия системы Fe-Fe₃С. В них практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита.

Рис. 7.1. Форма графитных включений в чугуне:

а – пластинчатая в сером; б – хлопьевидная в ковком; в – шаровидная в высокопрочном (шлифы не травлены). х200

Белые чугуны подразделяются на

1. Доэвтектические чугуны,

2. Эвтектические чугуны,

3. Заэвтектические чугуны.

Доэвтектические белые чугуны содержат 2,14...4,3 % углерода. Они (рис. 2, а) состоят из перлита (Ф + Ц) и ледебурита (П + Ц). Перлит имеет дендритное (деревообразное) строение, которое он наследует от аустенита первичного, кристаллизующегося из жидкости и затем превращающегося в перлит (при 727 °С). Основой структуры является эвтектика – ледебурит, состоящая из цементита и расположенного в нем перлита сравнительно высокой дисперсности.

Эвтектический белый чугун содержит 4,3 % углерода. Его структура (рис. 2, б) – ледебурит (П + Ц).

Заэвтектические белые чугуны являются сплавами с повышенным содержанием углерода (более 4,3 %), имеют струк­туру Л(П + Ц)+Ц1 (рис. 2, в). В матрице ледебурита расположены крупные призматические кристаллы цементита первичного.

Массовые доли фаз и структурных составляющих чугунов могут быть определены с помощью правила отрезков. Применив его, можно убедится, что относительное содержание твердой и хрупкой фазы – цементита возрастает с повышением содержания углерода в сплаве. Например, в структуре белого чугуна с 3 % С находится около 45 % цементита и 55 % феррита, в чугуне с 4,3 % С доля цементита возрастает до 66 %.

Из-за большого содержания цементита белые чугуны имеют повышенную хрупкость и низкие показатели механических свойств. Поэтому в качестве конструкционных материалов применяют редко, используя только для изготовления деталей, работающих условиях повышенного абразивного изнашивания (детали гидромашин, пескометов и др.). Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементам.

Рис. 2. Микроструктура белых чугунов: а – доэвтектоидного; б – эвтектического; в – заэвтектического. х200

По структуре металлической основы все чугуны делятся на (рис. 3):

1) перлитные, со структурой перлита и графита. Количество связанного углерода составляет 0,8%;

2) ферритно-перлитные, со структурой феррита, перлита и графита. Количество связанного углерода от 0,02-0,8%;

3) ферритные, со структурой феррита и графита. Весь углерод находится в виде графита.