6 Изучение структуры и свойств литейных чугунов
6.1 Цель работы
По виду микроструктуры научиться определять марку чугуна, его технологические, механические, эксплуатационные свойства.

2. 
   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.

I
	П, ЦII, Л(П+Ц)	Л(П+Ц)	ЦI , Л(П+Ц)
II
	а	б	в

---

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 (σ_в), например СЧ 15: СЧ – серый чугун, σ_в = 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, σ_в = 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, σ_в = 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.

5. 
   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.

---

Смотрите также файлы

• 1. Граф дегеніміз бл обьектілер жинатыыны абстрактты крінісі жне олардын арасындаы байланыстар.docx

• Программа среднего профессионального образования 40. 02. 01. Право и организация социального обеспечения соо дисциплина История государства и права Практическое задание 3.docx

• Используя возможности сети Интернет изучить технологии интеллектуального анализа данных, результаты оформить в виде таблицы 1.docx

• Репродукция вирусов различают три типа взаимодействия вируса с клеткой.pptx

• Конспект занятия на развитие эмоционального отношения к природе, через электронную дидактическую игру Экологическая рулетка для детей 57 лет.doc