Лабораторная работа №4. 6 Изучение структуры и свойств литейных чугунов 1 Цель работы
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
6 Изучение структуры и свойств литейных чугунов 6.1 Цель работы По виду микроструктуры научиться определять марку чугуна, его технологические, механические, эксплуатационные свойства. Приборы, материалы и инструмент Образцы чугунов, шлифовальные шкурки и абразивные пасты, спиртовой раствор азотной кислоты, микроскоп. 6.3 Теоретическая часть Чугун представляет собой сплав железа с углеродом при содержании углерода от 2,14 % до 6,67 % (рисунок 6.1). Кроме углерода чугун содержит также технологические и случайные примеси: Si, Mn, S, P.  Рисунок 6.1 – Диаграмма состояния сплавов Fe – C (сплошные линии – выделение цементита; штриховые – выделение графита) Структура литейных чугунов определяется не только их химическим составом, но и процессами выплавки и последующего охлаждения отливок и их термической обработкой. При быстром охлаждении отливок растворённый в чугуне углерод выделяется в связанном с железом виде в составе химического соединения Fe3C (цементита). В доэвтектических чугунах цементит входит в структуру карбидной эвтектики ледебурита. В заэвтектических чугунах избыточной по отношению к ледебуриту фазой является первичный цементит, кристаллизующийся в виде крупных кристаллов. Такие чугуны называются белыми (БЧ), поскольку в изломе они имеют белый матовый цвет. Благодаря наличию цементита белый чугун весьма твёрд и хрупок.
а – доэвтектические чугун, б – эвтектический чугун, в – заэвтектический чугун Рисунок 6.2 – Микроструктура белых чугунов Структуру белого чугуна получают в ряде случаев намеренно на поверхности отливок (отбеленный слой) для повышения их износостойкости. Механическая обработка таких поверхностей возможна только с применением абразивного инструмента. Износостойкий легированный белый чугун применяется в качестве наплавочного материала при изготовлении и восстановлении изношенных рабочих органов судов технического флота, таких как козырьки ковшей черпаковых земснарядов, зубьев ковшей земснарядов, реборд и опорных поверхностей барабанов черпаковых земснарядов и других поверхностей, подверженных интенсивному абразивному и гидроабразивному изнашиванию. Кроме того, износостойкие белые чугуны широко применяются для упрочнения землеройных, карьерных, почвообрабатывающих, камнедробильных машин, а также для деталей горно-металлургического оборудования. Получение ледебурита в количестве более 5% на поверхности литых заготовок для деталей машин считается браком. Если отливка охлаждается медленно, что определяется её толщиной, углерод успевает диффундировать и выделиться в свободном виде, то есть в виде графита. Графитизации способствует присутствие в чугуне кремния (рисунок 6.3). Такой чугун имеет серый цвет в изломе и по виду излома называется серым. В случае присутствия в структуре и ледебурита, и графита чугун называется половинчатым.  Рисунок 6.3 – Влияние химического состава и скорости охлаждения (толщины стенок отливки) на структуру литейного чугуна Обыкновенный серый чугун содержит графит в виде пластинчатых включений (рисунок 6.4, а), маркируется буквами СЧ и цифрами, которые показывают предел прочности на разрыв (σв), например СЧ 15: СЧ – серый чугун, σв = 150 МПа. Свойства серого чугуна зависят от количества, размеров и формы графитовых включений. А также от структуры металлической основы, которая, как видно из рисунка 7.3, может, в зависимости от состава и скорости охлаждения отливок, быть ферритной, феррито-перлитной или перлитной. Наибольшее влияние на свойства чугуна оказывает графит. Он обеспечивает антифрикционные свойства (низкий коэффициент трения), гасит упругие колебания, что важно при изготовлении из чугуна станин и корпусных изделий машин и механизмов, обеспечивает невысокий коэффициент термического расширения, делает чугун нечувствительным к надрезам, однако приводит к охрупчиванию. Повышения пластичности чугуна можно добиться изменением формы графитовых включений. Это выполняется: – модифицированием жидкого чугуна магнием; – длительным отжигом белого чугуна. В модифицированных чугунах выделяется графит шаровидной формы. Такой чугун называют высокопрочным или модифицированным (рисунок 6.4, б). Высокопрочный чугун маркируется буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, например ВЧ 40: ВЧ – высокопрочный чугун, σв = 400 МПа. При отжиге белого чугуна графит выделяется при распаде цементита в хлопьевидной форме (рисунок 6.4, в), такой чугун называется ковким. Ковкий чугун маркируется буквами КЧ и цифрами показывающими временное сопротивление и относительное удлинение, например КЧ 35 – 10: КЧ – ковкий чугун, σв = 350 МПа, δ = 10 %. Изделия из ковкого чугуна значительно лучше сопротивляются разрыву, ударной нагрузке, чем из серого.  а – чугун серый, б – чугун высокопрочный (модифицированный), в – чугун ковкий (получен отжигом белого чугуна) Рисунок 6.4 – Микроструктура литейных чугунов 6.4 Задание Приготовить и исследовать под микроскопом нетравленые микрошлифы серого, высокопрочного и ковкого чугуна, определить форму, размеры, распределение графитовых включений. После травления микрошлифов исследовать строение металлической основы. Содержание отчёта 6.5.1 Схематическая зарисовка структуры исследованных чугунов до и после травления. 6.5.2 Определение марки, ожидаемых свойств и области применения исследованных чугунов. |
