професора А.Д. Коваля 4 страница

4.1.3 Перетворення в сплавах при охолодженні та нагріванні

Перетворення при охолодженні розглянемо на прикладі сплаву Х₁ із 0,45 % вуглецю (рис. 4.2, а). При охолодженні від температури t ₀ до t₁ сплав знаходиться у рідкому стані. При t ₁ починається кристалізація d-фериту. При охолодженні в інтервалі t ₁....t₂ склад рідкої фази змінюється за лінією АВ, а d-фериту - за лінією АН, внаслідок чого при t ₂ фази мають склад, необхідний для здійснення перитектичної реакції: вмісту вуглецю в рідкій фазі відповідає точка В, в d-фериті – точка Н. При t ₂ - нонваріантна рівновага, тому що в реакції приймають участь три фази: Р_В, Ф_Н, А_J. У сплаві після перетворення є надлишок рідкої фази, з якої в інтервалі t ₂...t₃ утворюються кристали аустеніту. В інтервалі температур t ₃...t₄ існує одна фаза - аустеніт.

При t ₄ починається g®a перетворення, тому в інтервалі t ₄...t₅ сплав двофазний. Склад фериту змінюється при цьому по лінії GP, аустеніту - GS, тобто при t ₅ склад аустеніту відповідає евтектоїдному і при цій температурі утворюється перлит. В інтервалі t ₅...t₆ сплав двофазний, його структура перлитно-феритна. Внаслідок зменшення розчинності вуглецю в фериті в інтервалі t ₅...t₆ виділяється цементит третинний по лінії PQ.

Крива охолодження (див. рис. 4.2, б) побудована на підставі розрахунків ступенів свободи з використанням правила фаз.

Рисунок 4.2 – Сталева частина діаграми Fe-Fe₃C (а) та крива охолодження сплаву Х₁ (б)

Концентрацію вуглецю в фазах при заданій температурі визначають за допомогою температурної лінії (коноди), паралельної осі концентрацій та проведеної у зоні існування фаз. Визначимо, наприклад, в сплаві Х₁ при t ₇=750°С хімічний склад фериту та аустеніту (див. рис. 4.2, а). Для цього проведемо паралельно осі концентрацій пряму лінію (коноду) до її перетину з лініями GS та GP, що обмежують зону діаграми, в якій знаходиться сплав. Проекції точок перетину визначають концентрацію вуглецю: точка а (0,015%С) - у фериті, точка в (0,6%С) - в аустеніті.

Кількісне співвідношення фаз визначимо за допомогою правила відрізків. Довжину відрізків встановимо за їх проекціями на вісь концентрацій. Так, наприклад, в сталі У10 (1,0 %С) при 600°С у рівновазі знаходяться ферит і цементит. Їх масова частка визначається як

та ,

де Q_С – загальна маса стопу.

Звідки, нехтуючи кількістю вуглецю в фериті (0,02 %), маємо:

Вирахована кількість Ц складається із структурновільного Ц_ІІ та цементиту перлиту, ферит знаходиться у перлиті.

Перетворення при нагріванні розглянемо на прикладі сплаву Х₂ із 2,2%С (див. рис. 4.2, а).

При кімнатній температурі структура сплаву складається із перлиту, ледебуриту та цементиту вторинного. З підвищенням температури до 727°С зростає концентрація вуглецю у фериті до 0,02%С внаслідок розчинення Ц_ІІІ. При деякому перегріванні відносно лінії PSK структурновільний перлит і перлит ледебуриту перетворюються в аустеніт. В інтервалі температур 727...1147°С концентрація вуглецю в аустеніті збільшується від 0,8 до 2,14% за рахунок розчинення Ц_ІІ.

При деякому перегріванні сплаву Х₂ вище 1147°С евтектична складова структури (ледебурит) - Л(А_2,14+Ц_6,67)®Р_4,3. Це перетворення відбувається при постійній температурі, тому що в рівновазі знаходяться три фази: аустеніт, цементит, рідкий розчин. В інтервалі температур t ₃....t₄ між лініями PSK та ВС кристали аустеніту поступово розплавляються. Вище t ₄ сплав знаходиться повністю в рідкому стані.

4.1.4 Вуглецеві сталі

Сталі - сплави заліза з вуглецем, що містять до 2,14 %С. Від концентрації вуглецю в сталі залежать її структура, властивості та призначення.

Класифікація сталей за структурою в стані рівноваги. Діаграма стану Fe-Fe₃C дозволяє визначити структуру сталі в стані рівноваги, тобто після дуже повільного охолодження. На практиці структури, що близькі до рівноваги, досягаються при відпаленні з повільним охолодженням разом із піччю. В залежності від вмісту вуглецю сталі за структурою в рівноважному (відпаленому) стані поділяються на наступні групи:

технічне залізо - £0,02 %С. Структура - ферит або ферит з цементитом (третинним);

доевтектоїдні сталі - 0,02%<С<0,8% (С – вміст вуглецю в процентах). Структура - ферит (світлого кольору) та перлит (темного). З підвищенням вмісту вуглецю частка перлитної складової зростає;

евтектоїдна сталь - 0,8 % С. Структура – перлит, при невеликих збільшеннях мікроскопа - це темного кольору структура. При збільшенні 500 крат і більше виявляється двофазна пластинчаста будова перлиту (Ф+Ц);

заевтектоїдні сталі – 0,8% <С £ 2,14%. Структура - перлит і цементит (вторинний), що утворюється при повільному охолодженні по межах зерен у вигляді цементитної сітки.

Зі збільшенням в сталі вмісту вуглецю зростає кількість цементиту, що має велику твердість і крихкість, а тому його частинки є перепоною на шляху ковзання дислокацій. Унаслідок цього зростають міцність і твердість сталі, знижуються показники ударної в’язкості і пластичності. Зниження міцності заевтектоїдних сталей зумовлено наявністю крихкої сітки структурновільного цементиту. Твердість сталі монотонно зростає із збільшенням вмісту вуглецю.

Класифікація сталей за призначенням. Маркування сталей. У залежності від вмісту вуглецю сталі поділяються на конструкційні (0,02...0,8%С) та інструментальні (0,7...1,3%С). Умовною межею між ними вважають вміст вуглецю 0,7 %. В дійсності сталі з (0,7...0,8)%С можуть бути як інструментальними, так і конструкційними (наприклад, ресорно-пружинна).

Конструкційні сталі підрозділяють на сталі звичайної якості та сталі якісні. Групи сталей, їх маркування та призначення наведено в табл. 4.1-4.4.

Таблиця 4.1 - Сталі вуглецеві конструкційні звичайної якості (ГОСТ 380-94, ДСТУ 2651:2005/ГОСТ380-2005)

Марка сталі	Вміст елементів, %	Призначення
С	Mn	Si	£P	£S
Ст0	£ 0,23	-	-	0,07	0,06	Конструкції невідповідального призначення: загородження, прокладки, шайби тощо. Добра зварюваність.
Ст1кп	0,06 0,12	0,25 0,50	0,05	0,04	0,05	Для деталей, що вимагають високої в’язкості та низької твердості: анкерні болти, арматура тощо. Добра зварюваність.
Ст3сп	0,14 0,22	0,4 0,15	0,15 0,3	0,04	0,05	Балки, ферми, корпуси посудин, що працюють під тиском; деталі, що цементують: шестерні, вісі тощо. Добра зварюваність.
Ст5Гпс	0,22 0,30	0,8 1,2	0,15	0,04	0,05	Для деталей, що витримують невеликі напруги: вали, вісі, серги ресор тощо.
Ст6сп	0,38 0,49	0,5 0,8	0,15 0,30	0,04	0,05	Деталі підвищеної міцності: вісі, вали, тяги, пальці траків, шпінделі тощо.

Примітка: Цифри при маркуванні не відображають вміст вуглецю в сталі, однак зі зростанням цифри підвищується концентрація вуглецю в сталі, отже твердість і міцність. Літери в кінці марки означають спосіб розкислення сталі: спокійна (сп), напівспокійна (пс) та кипляча (кп). Вміст сірки £ 0,05 % S, фосфору £ 0,04 %.В марці Ст5Гпс підвищений вміст марганцю (0,8…1,2%) позначено буквою Г.

Таблиця 4.2 - Сталі вуглецеві конструкційні якісні (ГОСТ 1050-88)

Група сталі	Маркування	Призначення
1	2	3
Низьковуглецеві (0,05...0,08 %С)	05, 08	Мають малу міцність та високу пластичність, використовуються без термічної обробки для холодного штампування, холодного вичавлювання: кузови автомобілів, корпуси приладів, прокладки, трубки тощо.
Маловуглецеві (0,10...0,30 %С)	10, 15, 20, 25	Для деталей, що піддають цементації (ціануванню) та працюють на зношування без великих навантажень: втулки, осі кулачкових валиків, кільця ланцюгів тощо.
Середньовуглецеві (0,30...0,50%С)	30, 35, 40, 45, 50	Після нормалізації, поліпшення чи поверхневого гартування для деталей, що зазнають згинання, обертання, зношування, ударного навантаження: колінчасті та розподільні вали, плунжери, шестерні та вали редукторів тощо.
3 вмістом вуглецю 0,55-0,80%	55, 60, 65, 70, 75, 80	Після гартування та середньотемпературного відпускання мають високі пружні властивості та використовуються для виготовлення невеликого розміру у перерізі пружин, ресор тощо.

Примітка: Вміст сірки £0,04 %, фосфору £0,035 %. Маркуються двома цифрами, що вказують на середній вміст вуглецю в сотих частках процента.

Таблиця 4.3 - Автоматні сталі (ДСТУ3833-98)

Група сталі	Маркування	Призначення
Вуглецева, що містить сірку	А10, АІ2, А20, А30, А35	Деталі складної конфігурації з вимогами високої точності розмірів та низької шорсткості поверхні: шестерні, валики, заслінки, клапани, кільця, пальці, ходові гвинти металорізальних верстатів, деталі кріплення тощо
Вуглецева, що містить свинець	АС14, АС40	Те саме
Вуглецева, що містить сірку та селен	А35Е, А45Е	Те саме

Примітка: 1) Зниження зношування інструментів, отримання ламкої стружки та низької шорсткості поверхні досягається за рахунок підвищення вмісту сірки (до 0,3 %), фосфору (до 0,15%) та введення свинцю (до 0,3 %) та селену (до 0,1 %). 2) Літера “ А ” означає автоматна, цифри - середній вміст вуглецю в сотих частках процента, С та Е - додаток свинцю та селену, відповідно.

Таблиця 4.4 - Сталі вуглецеві інструментальні (ГОСТ 1435-99)

Група	Маркування	Призначення
	У7, У7А, У8, У8А	Інструменти для слюсарно-монтажних робіт та обробки дерева: сокири, пили, фрези, молотки тощо
	У9, У9А, У10, У10А	Для обробки метала: штампи для холодного штампування, фрези, зенкери, відкрутки, калібри
	УІ2, У12А, УІЗ, УІЗА	Інструменти, що не піддаються ударним навантаженням: напильники, шабери, інструмент для гравірування

Примітка: У маркуванні “ У ” позначає інструментальну вуглецеву сталь, цифри вказують на середній вміст вуглецю в десятих частках процента. Літера “ А ” в кінці марки означає, що сталь – високоякісна і має знижений вміст сірки та фосфору (£ 0,018 % S, £ 0,025 % P).

4.2 Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Накреслити діаграму Fe-Fe₃C (на всю сторінку). У всіх зонах діаграми вказати структуру, а в квадратних дужках - фази. Коротко описати фази (Ф, А, Ц) та структурні складові (П, Л) залізовуглецевихсплавів; перитектичну, евтектичну та евтектоїдну реакції; маркування та призначення сталей.

4.3 Контрольні запитання для самоперевірки і контролю підготовленості до лабораторної роботи

На метастабільній (Fe-Fe₃C) діаграмі позначити точки, концентрації, температури, структури та фази. Пояснити лінії рівноваги на діаграмі.

Які поліморфні перетворення відбуваються в залізі? Вказати температури.

Що таке ферит, аустеніт, цементит, перлит і ледебурит? Вказати їх тип кристалічної гратки.

Описати лінії діаграми Fe-Fe₃C та сутність перитектичного, евтектичного та евтектоїдного перетворень.

Як визначити в заданому сплаві при вказаній температурі масову кількість фаз та їх хімічний склад?

Які перетворення проходять при охолодженні з рідкого стану до кімнатної температури в доевтектоїдному (заевтектоїдному, доевтектичному, евтектичному або заевтектичному) сплаві?

Що таке сталь, яким чином вуглець впливає на структуру та властивості сталей в рівноважному стані?

Яким чином класифікують вуглецеві сталі в залежності від структури в стані рівноваги?

Класифікація вуглецевих сталей за призначенням. Маркування вуглецевих конструкційних та інструментальних сталей.

Із яких сталей можна виготовити: ферму мостового крану, валик, полотно ножівки, пуансон, стамеску, шестерню, пружину тощо? Назвати марку сталі.

4.4 Матеріали, інструменти, прилади та обладнання

Робота виконується на зразках технічно чистого заліза, відпалених вуглецевих сталей 10, 45, У8.

Для визначення твердості використовується прилад ТК-2, для дослідження структури - оптичні мікроскопи МІМ-5 та МІМ-7.

4.5 Вказівки з техніки безпеки

Робота виконується відповідно до загальної інструкції з техніки безпеки (додаток А).

4.6 Порядок проведення лабораторної роботи

4.6.1 Провести мікроскопічне дослідження шліфів. Порівнянням мікроструктури зразків із фотографіями структур різних залізовуглецевих стопів, що наведені в альбомах, визначити вміст вуглецю та марку вуглецевої сталі.

4.6.2 Схематично зобразити структури переглянутих сплавів, визначити структурні складові та, користуючись довідковими даними, написати біля кожної структури хімічний склад стопу, твердість у відпаленому стані, застосування.

4.6.3 На 4...5 зразках сталі з різним вмістом вуглецю визначити твердість на приладі ТК-2 (шкала В, навантаження 980 Н). Використавши додаток Б, перекласти значення твердості НRВ в НВ.

4.6.4. За експериментальними даними побудувати для сталей графік залежності “твердість - вміст вуглецю”. Пояснити графік.

4.6.5 Для визначеної викладачем деталі (інструменту) вибрати марку вуглецевої сталі. Визначити хімічний склад, структуру та призначення інших, вказаних викладачем, вуглецевих сталей.

4.6.6 Для вказаного сплаву при заданій температурі визначити вміст вуглецю в фазах та масову кількість кожної фази. Побудувати та пояснити криву охолодження.

4.7 Зміст звіту

Завдання пункту 4.2, рис. 4.1; схеми мікроструктур досліджених зразків сталей, графік залежності “твердість – вміст вуглецю”; висновки і пояснення; відповідь на питання п.п. 4.6.5 та 4.6.6.

4.8 Рекомендована література

[1], с. 200-217; [2], с. 125-144; [3], с. 159-166, 180-200;

[5], с. 121-136, 250-257, 308, 309; [6], с. 55-61, 139-148, 201-202.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Мікроскопічне дослідження чавунів

Мета роботи – вивчити структурні перетворення в чавунах у залежності від їх хімічного складу та температури, а також вплив складу та структури на властивості чавунів; освоїти принцип маркування чавунів та основи їх вибору для деталей і конструкцій.

5.1 Загальні відомості

Чавуни - це залізовуглецеві сплави, що містять більше 2,14%С. Вони кристалізуються з утворенням евтектики, мають малий інтервал температур кристалізації і тому характеризуються добрими ливарними властивостями: великою рідкотекучістю, малою лінійною усадкою. Це дозволяє одержувати відливки складної форми з малою товщиною стінок. Вуглець у чавунах може розчинятися у фериті і аустеніті, знаходитися у вільному стані (графіті), у зв’язаному вигляді (цементиті) або у частково зв’язаному та переважно у вільному стані. В залежності від цього та від форми графіту, яка зумовлюється технологією виробництва, розрізняють білі, половинчасті, сірі, високоміцні та ковкі чавуни.

Білий чавун. У білих чавунах весь вуглець знаходиться у зв’язаному вигляді (Fe₃C), а процеси кристалізації та структурні перетворення в них визначаються за допомогою метастабільної діаграми (Fe-Fe₃C). Вміст вуглецю визначає структурні класи білих чавунів: доевтектичні (2,14%<С<4,3%), евтектичні (4,3%), заевтектичні (> 4,3%).

Велика кількість цементиту в структурі білих чавунів (64% при вмісті 4,3%С) зумовлює їх значну твердість (НВ 540...550), низьку пластичність та неможливість обробки різанням. Їх велика твердість забезпечує підвищену зносостійкість в умовах абразивного зношування. Відливки з відбіленого чавуну мають у поверхневому шарі структуру білого чавуну, а в серцевині - сірого або високоміцного. Із білого та відбіленого чавунів виготовляють прокатні валки, кулі млинів для помолу руди. Білі та відбілені чавуни не маркуються.

Половинчасті чавуни займають проміжне положення між білими та сірими. Понад 0,8 %С у цих чавунах зв’язано у вигляді Fe₃C; їх структура - перлит, ледебурит і графіт.

Сірий чавун (ДСТУ2891-94). У сірих чавунах графіт на площині шліфа має пластинчасту форму. Кристалізація та структурні перетворення в цих чавунах відбуваються відповідно до стабільної діаграми (Fe-C) (рис. 5.1). При температурі нижче 1153°С утворюється аустенітно-графітна евтектика, а нижче 738°С - ферито-графітний евтектоїд. Технічні чавуни, окрім заліза та вуглецю, містять кремній, марганець, алюміній тощо, тобто є багатокомпонентними сплавами, в яких евтектичне та евтектоїдне перетворення відбуваються в інтервалі температур.

Рисунок 5.1 – Стабільна діаграма стану залізо-графіт (штрихові лінії)

В реальних умовах охолодження перетворення відрізняються від перетворень з безмежно малою швидкістю охолодження (тобто рівноважних). Структура відливок залежить від хімічного складу та швидкості охолодження при кристалізації та евтектоїдному перетворенні. Елементи-графітизатори (кремній, нікель, мідь, алюміній) сприяють збільшенню кількості графіту, а карбідоутворювачі (хром, ванадій, марганець тощо) - підвищенню кількості цементиту (відбілюванню чавуну).

Через те, що в цементиті вміст вуглецю 6,67 %, а в графіті 100%, кінетично більш ймовірно утворення Fe₃C, не дивлячись на те, що термодинамічно стабільною фазою є графіт (правило Освальда). Тому при швидкому охолодженні можливо утворення цементиту та структури білого чавуну. Зменшення швидкості охолодження сприяє процесу графітизації, тобто діє аналогічно уведенню кремнію та алюмінію.

Структура чавунних відливків визначається за допомогою діаграм, що показують залежність структури від хімічного складу чавуну та товщини (швидкості охолодження) відливок. У залежності від структури металевої основи сірі чавуни поділяються на:

- феритні: структура основи - ферит, практично весь вуглець (за винятком розчиненого у фериті) знаходиться у графіті;

- ферито-перлитні: структура основи - ферит і перлит. У зв’язаному стані знаходиться £0,7% вуглецю (в цементиті перлиту);

- перлитні: структура основи - перлит. У цих чавунах 0,7% вуглецю знаходиться в цементиті перлиту.

Механічні властивості сірих чавунів залежать від форми, розміру графітних частинок та структури основи. Пластинчастий графіт уявляє собою надрізи (мікротріщини), що знижують границю міцності при розтягуванні, при цьому чим дисперсніші графітні частинки, тим вище властивості чавуну. Введення в чавун модифікаторів першого роду приводить до збільшення кількості центрів графітизації та подрібнення частинок графіту.

Присутність у чавунах великої кількості мікронадрізів робить їх малочутливими до концентраторів напружень, шорсткості поверхні деталей. Графіт сприяє утворенню крихкої стружки і тим поліпшує обробку чавунів різанням. Чавуни мають високу демпфірувальну здатність (добре гасять коливання). Крім цього, графіт - гарне мастило, у зв’язку з чим він підвищує антифрикційні властивості чавуну.

Структура металевої основи впливає на границю міцності при стисненні, твердість, зносостійкість, які збільшуються при зростанні кількості перлиту. Ферит, навпаки, зменшує міцність та зносостійкість чавунів.

Сірі чавуни використовуються як матеріал для виготовлення мало- та середньонавантажених опор, деталей сільськогосподарських машин, верстатів, автомобілів, тракторів, станин електродвигунів тощо. Згідно ГОСТ 1412-85 сірий чавун маркується літерами СЧ та цифрами, що характеризують нижнє значення границі міцності при розтягуванні. Наприклад, чавун СЧІ5 має s_В³150МПа (15 кгс/мм²). Властивості чавунів, у тому числі й сірих, можуть бути значно покращені модифікуванням.

Модифікування - це введення спеціальних добавок при плавленні або при розливанні сплавів з метою поліпшення їх структури та властивостей.

За впливом на процеси кристалізації розрізняють модифікатори І та ІІ роду. Модифікатори І роду у вигляді важкотопких дисперсних частинок оксидів, нітридів, карбідів тощо - це додаткові центри кристалізації (графітизації). Вони зумовлюють утворення дрібних зерен перлиту та частинок графіту малого розміру в сплаві. Для чавунів модифікатори І роду це - силікокальцій, титан, цирконій, феросиліцій або силікоалюміній (0,5…0,8 %).

Модифікатори ІІ роду - це поверхнево-активні речовини. Їх атомний розмір набагато перевищує розмір атомів заліза, тому вони знаходяться не в твердому розчині, а на міжфазній поверхні. Внаслідок цього поверхнево-активні елементи зменшують поверхневу енергію межі поділу “рідина-тверда фаза”, що зменшує критичний розмір зародка та змінює форму. Так, наприклад, введення в ківш, в струмінь розтопу або в ливарну форму поверхнево-активних елементів магнію, церію сприяє глобуляризації частинок графіту у чавуні.

Високоміцний чавун (ДСТУ 3925-99). Графіт у цих чавунах має глобулярну форму внаслідок модифікування магнієм чи церієм (0,03...0,07%). Така форма графіту сприяє одночасному підвищенню характеристик міцності та пластичності. Відносне видовження високоміцних чавунів у залежності від марки може змінюватися від 2 до 12%. Структура металевої основи високоміцних чавунів може бути феритною, перлитно-феритною або перлитною. Найвища пластичність (d£12%) характерна для феритних, а найбільша твердість і міцність (s_В³500 МПа) - для перлитних високоміцних чавунів.

Високоміцні чавуни застосовуються як матеріали для відповідальних деталей, що працюють в умовах дії ударних і знакозмінних напружень та зношування: колінчасті вали, деталі прокатних станів, траверси пресів, корпуси компресорів, крупногабаритні штампи, шестерні, ступиці коліс тощо. Такі чавуни маркуються літерами ВЧ та числами. Наприклад, ВЧ420 - 12, ВЧ450 - 5,... ВЧ1000 - 2, де числа - це нижня границя міцності при розтягуванні (МПа) та відносне видовження (%).

Ковкий чавун (ГОСТ 1215-79). У ковких чавунах графіт має пластівчасту форму, що є наслідком графітизаційного відпалення доевтектичних білих чавунів (2,4...2,9 %С, 1,0...1,6 %Si, 0,3...1,0 %Mn). Графіт такої форми, в порівнянні з пластинчастим, менше знижує міцність металевої основи, тому в ковких чавунах відносне видовження досягає значень 2...12 %.

Структура білих чавунів, призначених для відпалення на ковкі: ледебурит, перлит і цементит вторинний. Їх хімічний склад відрізняється від сірих чавунів меншим вмістом вуглецю та кремнію.

Графітизаційне відпалення проводять у дві стадії: відливки, запаковані в ящики або завантажені в піч із захисною атмосферою, нагрівають до температури першої стадії 950...1000 °С. На початку ізотермічної витримки структура відливок А+Л+Ц_ІІ. Через те, що термодинамічно стабільною є фазова суміш А+Г, а не А+Ц, у процесі витримки внаслідок розчинення Fe₃C флуктаційно з’являються та ростуть зародки графіту. Після завершення першої стадії структура чавуну А+Г.

При охолодженні від 1000 °С надлишок вуглецю виділяється з аустеніту (згідно лінії діаграми ES), який нашаровується на графітних частинках чи утворює цементит вторинний. Перетворення останнього (Fe₃C®А+Г) призводить до росту графітних частинок (проміжна стадія).

Чавуни - багатокомпонентні сплави, евтектоїдне перетворення в яких проходить в інтервалі 760...720°С. Тому при повільному охолодженні в цьому інтервалі температур або довготривалій ізотермічній витримці при 720°С проходить друга стадія графітизації. При цьому можливе перетворення аустеніту в перлит із наступним перетворенням його цементиту на ферит і графіт або безпосереднє перетворення аустеніту на ферито-графітну суміш. В залежності від повноти графітизації на другій стадії внаслідок відпалення одержують перлито-феритні або феритні чавуни. Якщо у відливках не відбувається друга стадія - отримують перлитні ковкі чавуни.

З ковких чавунів виготовляють деталі машин, на які діють вібраційні, знакозмінні та ударні навантаження: картери задніх мостів автомобілів, картери редукторів, гаки, штампи холодного деформування тощо. Маркуються ковкі чавуни літерами КЧ та двома числами, з яких перше - нижнє значення границі міцності при розтягуванні (кгс/мм²), а друге - відносне видовження (%), наприклад, КЧ 35-10.

5.2 Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Накреслити діаграму Fe-C (на сторінку); описати властивості графіту, вплив його форми та розмірів на властивості чавунів; маркування та призначення чавунів; класифікацію чавунів за структурою металевої основи; графітизаційне відпалення (графік) білих чавунів на ковкі; мета модифікування чавунів.

5.3 Контрольні запитання для самоперевірки і контролю підготовленості до лабораторної роботи

5.3.1. Завдяки яким властивостям чавун знаходить широке застосування як конструкційний матеріал?

5.3.2. Як класифікують чавуни в залежності від форми графіту та структури металевої основи? Їх вплив на властивості чавуну.

5.3.3. Властивості білих чавунів, їх призначення. Згідно з якою діаграмою стану кристалізуються білі чавуни?

5.3.4. Фактори, що впливають на структуру металевої основи чавуну?

5.3.5. Згідно з якою діаграмою стану кристалізується сірий чавун?

5.3.6. Як одержати високоміцний та ковкий чавун?

5.3.7. Що таке модифікування чавунів? Назвіть модифікатори І та ІІ роду.

5.3.8. Які фазові перетворення відбуваються на першій та другій стадіях графітизаційного відпалення?

5.3.9. Як маркуються та для яких деталей застосовуються сірі, високоміцні та ковкі чавуни?

5.4 Матеріали, інструменти, прилади та обладнання

Робота виконується на зразках доевтектичного, евтектичного та заевтектичного білих чавунів та чавунів: СЧ 15, ВЧ 600 - 3, КЧ 35-10, КЧ 30-6, КЧ 40-3. Для визначення твердості використовується прилад ТК-2, для дослідження структури – оптичні мікроскопи МІМ-5 та МІМ-7.

5.5 Вказівки з техніки безпеки

Робота виконується відповідно до загальної інструкції з техніки безпеки (додаток А).

5.6 Порядок проведення лабораторної роботи

5.6.1 Провести мікроскопічне дослідження шліфів. Порівнюючи мікроструктури зразків із фотографіями структур чавунів, що наведені в альбомах, визначити марку чавуну.

5.6.2 Схематично зарисувати структури переглянутих сплавів, вказати структурні складові та, користуючись довідниковими даними, виписати біля кожної структури хімічний склад, твердість та призначення сплаву.

5.6.3 На 3...4 зразках чавунів із відомою кількістю перлитної складової, визначити твердість НRВ, перевести НRВ в НВ.

5.6.4 За експериментальними даними побудувати та обґрунтувати графік залежності “твердість - кількість перлиту”.