чугун. Контр.вопр. к л р Иссл. структ. и свойств чугунов. Контрольные вопросы к лабораторной работе Исследование структуры и свойств чугунов
 Скачать 31.19 Kb.
|
|
Контрольные вопросы к лабораторной работе «Исследование структуры и свойств чугунов» Чем отличается чугун от стали по технологическим свойствам? Если коротко и в общих чертах, то можно сказать, что по составу чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами и малой способностью к пластической деформации. Чугун, как правило, дешевле стали . Какая структурная составляющая характерна для белого чугуна? доэвтектический белый чугун. Для данного чугуна характерно содержание углерода от 2,14% до 4,3%. После полного остывания структура данного чугуна представляет собой структуру перлита, ледебурита (перлит и цементит), а также вторичного цементита; Почему белый чугун называется ''белым"? Белый чугун содержит в себе железо и углерод, что находятся в химически связанном состоянии. Избыточный углерод, который не присутствует в твердом растворе железа, содержится в объединенном состоянии в виде карбидов железа (цементит), а в легированном чугуне в виде специальных карбидов. Какая структурная составляющая характерна для серого, модифицированного, ковкого и высокопрочного чугунов? Серый чугун получают при более медленном охлаждении, чем белый чугун. Скорости охлаждения до 0,1 град/мин обусловливают необходимость в меньших степенях переохлаждения для начала кристаллизации, которая начинается с выделения графита. При таких, более равновесных, условиях кристаллизации получается стабильная диаграмма состояния сплавов "железо-графит", отличие которой от железо-цементитной диаграммы состояния показано пунктирными линиями. Вместе с тем, практика получения серых чугунов существенно отличается от условий равновесия, вытекающих из стабильной диаграммы состояния "железо-графит". В реальных условиях структура серого чугуна в отливке зависит не только от скорости кристаллизации, обусловливаемой толщиной стенки отливки, но и в сильной мере от химического состава сплава. Наибольшее влияние на процесс графитизации оказывает кремний, который вводится в сплав в повышенных количествах. Учитывая сильное влияние кремния на процесс структурообразования, серый чугун (в отличие от стали) рассматривается как трехкомпонентная система: "железо-углерод-кремний". Типичный состав серого чугуна: 3,5...3,6% углерода; 1,5...3,0% кремния; 0,4...0,6% марганца; 0,3...0,8% фосфора; 0,10...0,12% серы. Иногда в серый чугун вводят и другие элементы, например, хром, никель, медь или повышенное содержание фосфора и др. Делают это с целью достижения более высоких механических, антикоррозийных, износостойких и дp. свойств. Такие серые чугуны называются легированными или специальными. Процесс структурообразования в них будет еще зависеть от характера влияния легирующих добавок. Применяются серые чугуны довольно широко: в станкостроении (станины, литые корпусные детали, червяки, шестерни); в автотракторостроении (блоки цилиндров, цилиндры, поршни); в турбино - и сельхозмашиностроении и т. д. Высокопрочный чугун получают путем двойного модифицирования. Вначале в расплав вводят редкоземельные или щелочные металлы, например, магний, церий, бор и др., а затем - кремний или силикокальций. Первый модификатор (обычно вводится в количестве 0,3…0,5%), являясь поверхностно активным, способствует формированию сфероидальных зародышей графита, а второй - инициирует процесс графитизации. Примерный состав высокопрочного чугуна: 3,3% углерода: 2,2…2,5% кремния; 0,5...0,8% марганца; 0,14% фосфора; 0,2 % серы. Применяются высокопрочные чугуны для отливки деталей ответственного назначения: коленчатых валов, валков прокатных станов, подшипников скольжения, шаботов, молотов, деталей вентилей, компрессоров и др. Широкое распространение высокопрочного чугуна сдерживается технологической трудностью введения первого модификатора в расплав чугуна из-за вызываемого им сильного пиротехнического эффекта. Ковкий чугун получают длительным отжигом (томлением) отливок из белого чугуна следующего состава: 2,4...2,8% углерода; 0,8...1,4% кремния; до 1,0% марганца; до 0,1% серы; до 0,2% фосфора. В результате отжига цементит графитизируется, приобретая форму хлопьевидных включений. Получаемый чугун характеризуется повышенными показателями пластичности и вязкости по сравнению с серым литейным чугуном. Отжиг, в основе которого лежит диффузионный механизм образования структурно свободного углерода (графита хлопьевидной формы), является длительной операцией и составляет 70...80 ч По какой закономерности Н.С.Курнакова зависит изменение твердости у белых чугунов при изменении содержания в них углерода? Можно ли ковать ковкий чугун? ковкий чугун- это вязкий, хорошо сопротивляющийся разрыву и ударной нагрузке (т. е. ковке не поддается) чугун, полученный путем отжига белого чугуна изделия из ковкого чугуна широко применяют в тех видах машиностроения, где необходимо, чтобы механические свойства были выше чем у серого чугуна, или в качестве заменителей цветных металлов. отдельные марки ковкого чугуна идут на изготовление зубчатых колес, звеньев цепей и т. д. Почему ковкий чугун назван "ковким"? Ковким чугун называется потому, что его можно подвергать обработке давлением, хотя чугуны не куют, а детали из чугуна получают лишь методом литья в связи с тем, что ковкий чугун имеет более высокую пластичность по сравнению с серым. Для чего необходим в высокопрочном чугуне блокирующий феррит вокруг графитных выделений?Ф е р р и т о- п е р л и т о-г р а ф и т-н ы й ч у г у н вследствие наличия значительного количества структурно свободного феррита отличается сравнительно низкой износостойкостью и пониженными механическими свойствами. Несмотря на то что феррит в чугуне ввиду значительного количества растворенного кремния имеет повышенную твердость (до Я з=130), он все же менее прочен чем перлит.Чугун с пластинчатым графитом имеет ферритную структуру. Легирование его карбидообразующими элементами приводит к появлению перлита в структуре при легировании 0,5—0,7% Сг количество перлита незначительно и составляет 10—15%. Однако уже при 1,3% хрома феррит почти полностью исчезает, и металлическая основа становится преимущественно перлитной. Дальнейшее повышение содержания хрома в чугуне приводит к появлению структурно-свободного цементита. 9 Почему концентраторы напряжений: подрезы, отверстия и т.д., - практически не сказываются на работоспособности деталей из серого или модифицированного чугуна, а в то же время очень опасны в деталях из ковкого или высокопрочного чугунов? По Основными источниками геометрической концентрации напряжения на валах и осях служат их ступенчатая форма, выточки, поперечные отверстия, шпоночные канавки, шлицы и т. д. Чем больше перепад сечений на участке перехода и чем резче переход, тем выше местное напряжение. Технологические концентраторы напряжения в деталях, подвергающихся механической обработке, возникают в результате перерезания волокон при обработке заготовки давлением. В литых деталях участки перехода часто бывают ослаблены такими литейными дефектами, как микротрещины, пористость, воздушные раковины и т. д. У кованых и штампованных деталей участки перехода в изгибах имеют пониженную прочность вследствие вытяжки металла на этих участках. Примеры появления очагов концентрации напряжений на деталях Грубые риски, оставшиеся после обработки на поверхности впадины шпоночного паза 1, между зубьями шестерни, вызывают появление постепенно растущих трещин усталости. Изломы валов чаще всего происходят в участках резкого перехода от большого диаметра к меньшему III (типа лысок и отверстий — IV, V), выполненному без галтели. В этом случае в местах грубых рисок, острых углов и местах резких переходов происходит сосредоточение (концентрация) напряжений, приводящих к поломке деталей. Отсюда можно сделать вывод, что при конструировании деталей следует избегать острых углов в ее конфигурации. При статической нагрузке величина концентрации напряжения зависит от степени пластичности материала. У пластичных материалов явление концентрации напряжения выражено слабо. При повышении напряжения в зоне ослабления такие материалы переходят в состояние текучести. Хрупкие материалы при переходе местных напряжений за предел прочности разрушаются. 10.Почему детали из белого чугуна имеют высокий коэффициент трения при работе в паре со сталью, а из всех остальных чугунов - сравнительно низкий и стабильный? износ серого и высокопрочных чугунов происходит за счет текстурирования структуры и послойного разделения структурных составляющих. Применять их можно в интервале температур 773 – 873 К при удельном давлении не выше 10 МПа. Высокохромистый чугун дополнительно легированный марганцем и бором при содержании углерода 2,7 – 3,0 % может успешно применяться при высокотемпературном трении с минимальным изменением гравюры. |