Лабораторная работа по материаловедению и ткм. лаба6. Отчет по Лабораторной работе 6 Изучение структуры и свойств чугунов Выполнил студент Степанов Л. М. Шифр Сзу292
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
Федеральное агентство по рыболовству Калининградский государственный технический университет Морской институт Судоводительский факультет Кафедра Технология материалов и метрология Курс Материаловедения и ТКМ Отчет по Лабораторной работе №6 Изучение структуры и свойств чугунов Выполнил студент: Степанов Л.М. Шифр: Сзу-292 Проверил: Игушев В.Ф. Калининград 2022 Цель работы: Изучить виды чугунов, их микроструктуру, свойства и маркировку. Теоретическая часть 1.1 Основные сведения о чугунах Чугун представляет собой сплав железа с углеродом при содержании углерода от 2,14% до 6,67%. Технические чугуны являются сложными сплавами, содержащими кроме железа и углерода, обязательные примеси кремния, марганца, серы и фосфора в количествах больших, чем в стали, эти примеси оказывают существенное влияние на процесс структурообразования чугунов и их свойства. В зависимости от условий кристаллизации и состояния углерода чугуны делятся на два класса: - белый чугун, в котором углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита; имеет излом белого цвета (неграфитизированный чугун). - серый чугун, в котором углерод находится полностью или частично в свободном состоянии в виде графита; имеет излом пепельно-серого цвета (графитизированный чугун). По форме графитовых включений серые чугуны подразделяются на обыкновенный серый чугун с пластинчатой формой графита; высокопрочный модифицированный чугун - с шаровидной формой графита и ковкий чугун - с хлопьевидной формой графита. 1.2 Белые чугуны В соответствии с диаграммой (рис.4.1, рис.6.1) белые чугуны по структуре делятся на: доэвтектические - при содержании углерода от 2,14% до 4,3%. Структура: перлит, ледебурит, цементит; эвтектический - при содержании углерода = 4,3%. Структура - ледебурит; заэвтектические - при содержании углерода от 4,3% до 6,67%. Структура - ледебурит и цементит первичный.  Характерные структуры белых чугунов приведены на рис.6.2. Белые чугуны содержат от 30 до 100 % цементита, поэтому обладают высокой твердостью (НВ = 5000 – 8000 МПа) и высокой хрупкостью, практически не поддаются обработке резанием. Поэтому основная область их применения - получение тонкостенных отливок с последующим отжигом на ковкий чугун.  Рис. 6.2. Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектического; б – эвтектического; в – заэвтектического 1.3 Серые чугуны (литейные) обыкновенные Выделение углерода в серых чугунах в виде графита связано с двумя факторами: химическим составом и скоростью охлаждения. Повышенное содержание углерода и кремния, а также медленное охлаждение отливок способствует процессу графитизации. В зависимости от химического состава и скорости охлаждения углерод может выделяться в виде графита полностью или частично (другая часть выделяется в виде цементита). Вследствие этого серые чугуны могут иметь различную структуру металлической основы. Различают серые чугуны: - на перлитной основе; - на перлитно-ферритной основе; - на ферритной основе, когда углерода в виде цементита в основе нет, т.е. он находится только в виде графита. Структура металлической основы просматривается на травленых микрошлифах (рис.6.3).  Рис.6.3. Микроструктура обыкновенных серых чугунов: а – ферритного; б – ферритно-перлитного; в – перлитного Характерной особенностью обыкновенных серых чугунов является то, что графитовые включения имеют пластинчатую форму. Графит обладает ничтожно малой прочностью и хрупок, поэтому он представляет как бы трещины или пустоты в чугуне, играет роль острых надрезов при растяжении, поэтому механические свойства чугуна в значительной степени зависят не только от структуры металлической основы, но и от количества, формы и взаимного расположения графитовых включений. Наличие пластинчатого графита практически приводит к снижению пластичности и прочности при растяжении серых чугунов (они значительно ниже, чем у стали). Однако серые чугуны имеют целый ряд преимуществ перед сталями, что обуславливает их широкое применение в технике как конструкционного материала: дешевизна; хорошие литейные свойства; лучшая, чем у стали, обрабатываемость резанием; большой декремент затухания вибраций; меньшая, чем у сталей, чувствительность к надрезам, резким переходам сечений; более высокая износостойкость. Из серых обыкновенных чугунов отливают крупногабаритные конструкции, не испытывающие больших динамических нагрузок (станины, корпуса редукторов, фундаментные рамы и т.п.). Марки этих чугунов обозначаются буквами СЧ и числом, показывающим предел прочности на разрыв, например, СЧ15, СЧ35, СЧ40 (ГОСТ 1412-85). 1.4 Высокопрочные чугуны Высокопрочный чугун (модифицированный чугун с шаровидной формой графита) получают путем модифицирования жидкого чугуна по составу, аналогичному серому чугуну. Перед разливкой в них добавляют модификаторы – магний (Mg) и церий (Ce). Модифицирование позволяет получить шаровидную форму графита (рис.6.4).  Рис.6.4. Микроструктура высокопрочного чугуна Шаровидные включения графита в этом чугуне не играют роли острых надрезов в металлической основе и не создают резкой концентрации напряжений, поэтому чугун с шаровидной формой графита имеет более высокие значения прочности и пластичности. Его механические свойства приближаются к свойствам стали. Сочетание в высокопрочном чугуне ценных свойств обуславливает его широкое применение в качестве конструкционного материала для изготовления ответственных отливок: коленчатых валов, гребных винтов, цилиндров высокого давления, шатунов, картеров и др. деталей. Маркируются высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 буквами – ВЧ, затем следуют цифры показывающие среднее значение предела прочности при растяжении, например, ВЧ40, ВЧ50, ВЧ80 и др. 1.5 Ковкие чугуны Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы. Наибольшая пластичность у ферритного ковкого чугуна. Такой чугун имеет пониженное содержание углерода и кремния. При получении из чугунов тонкостенных отливок, вследствие ускоренной кристаллизации, отливки приобретают структуру белого чугуна. Поскольку такие отливки не могут эксплуатироваться при ударных нагрузках, их подвергают графитизирующему отжигу на ковкий чугун. При отжиге в результате процесса графитизации происходит распад цементита белого чугуна с образованием графита хлопьевидной формы. График отжига приведен на рисунке 6.5.  Рис.6.5. График отжига ковкого чугуна: А – аустенит; П – перлит; Ф – феррит; Г – графит; Ц – цементит Отжиг проводят в две стадии. Исходная структура отливки – белый доэвтектический чугун: П + Л + ЦII. I стадия графитизации. Отливка, упакованная в ящике нагревается и выдерживается при 950-1000ºС. Выше линии PSK фазовый состав сплава: А+Ц, цементит при этих температурах распадается диффузионным путем, образуя хлопьевидный графит (углерод отжига). II стадия графитизации. Если отливку охладить несколько ниже линии PSK и сделать длительную выдержку, то цементит вторичный и цементит перлитный также распадются, что приведет к росту хлопьевидных графитных включений. После окончания II стадии графитизации структура чугуна состоит из феррита и хлопьевидного графита. Если не проводить выдержки ниже эвтектоидной температуры (PSK), то образуется перлитный ковкий чугун со структурой П+Г, имеющий светлый излом. При промежуточной скорости охлаждения и выдержке, структура ковкого чугуна будет П+ Ф+ Г. Ковкий чугун маркируют буквами – КЧ (ГОСТ 1215-79) и цифрами. Первые две цифры указывают предел прочности при растяжении и вторые – относительное удлинение (%). Отливки из КЧ применяют для деталей, работающих при ударных вибрационных нагрузках. Ковкий чугун на ферритной основе (КЧ37-12, КЧ35-10; КЧ37-12). Применяют для изготовления деталей, работающих при высоких динамических и статистических нагрузках (картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы и т.д.). КЧ30-6, КЧ33-8 – менее ответственные детали (головки, хомутики, гайки, глушители, фланцы, муфты и т.п.). Твердость ферритного ковкого чугуна – НВ163. Ковкий чугун на феррито-перлитной основе (КЧ45-6). Применяют для изготовления тонкостенных отливок. Антифрикционные КЧ на феррито-перлитной основе маркируются: АКЧ-1, АКЧ-2. Ковкий чугун на перлитной основе (КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ63-2; КЧ63-2). Применяют для изготовления деталей, которые обладают высокой прочностью, умеренной пластичностью, хорошими антифрикционными свойствами. Изготавливают: вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, втулки, муфты, тормозные колодки и т.д. Микроструктура ковкого чугуна на ферритной основе приведена на рисунке 6.6.  Рис.6.6. Микроструктура ковкого чугуна 2. Исследовательская часть 2.1 Исследовать под микроскопом комплект шлифов чугунов. 2.2 Определить вид чугуна и зарисовать структуру. 2.3 Дать описание структур. 2.4 Составить отчет. 3. Оборудование, приборы, материалы 3.1 Металлографические микроскопы; 3.2 Набор микрошлифов чугунов; 3.3 Стенд с фотографиями микроструктур белых и серых чугунов 4. Содержание отчета 4.1 Задание. 4.2 Приборы, материалы, оборудование. 4.3 Диаграмма железо-цементит (с нанесением линий цементитной и графитной систем). 4.4 Характеристика белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов. 4.5 Сущность процессов графитизации в чугунах. График графитизирующего отжига для получения ковких чугунов. 4.6 Эскизы микроструктур травленых шлифов чугунов. 4.7 Рассчитать содержание связанного углерода в чугунах. Результаты занести в таблицу 6.1. 4.8 Построить кривые охлаждения доэвтектического, эвтектического и заэвтектического белых чугунов. 4.9 Выводы по работе. Таблица 6.1 Протокол исследования
5. Контрольные вопросы 5.1 Чем отличаются по химическому составу чугуны и стали? 5.2 Как классифицируется чугуны: а) по состоянию углерода; б) по форме графитных включений? 5.3 Каковы характерные структуры и свойства белых чугунов? 5.4 Каковы характерные структуры у обыкновенных серых чугунов, высокопрочных и ковких? Какова форма графита у них? 5.5 Как влияет на свойства чугуна графит; его форма, количество и величина частиц? 5.6 Каковы характерные свойства чугунов, в чем их преимущество перед сталями и в чем недостаток? 5.7 Приведите примеры марок и изделий, изготавливаемых из чугунов: серого обыкновенного; высокопрочного; ковкого. |