Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб.р.5.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
09.11.2018
Размер:
2.19 Mб
Скачать

Лабораторна робота № 5 Вивчення мікроструктури та властивостей чавунів у стані рівноваги

Мета роботи: познайомитися з улаштуванням мікроскопу, з його роботою і

з структурою чавунів.

Обладнання: Мікроскопи МІМ-7 и МІМ-8 і мікрошліфи чавунів, альбом мікроструктур.

Теоретична частина

Чавунами називають сплави заліза з вуглецем, які вміщують від 2.14% до 6.67% вуглецю.

Під рівноважним станом сплаву розуміють стан, при якому всі фазові перетворення в сплаві повністю завершені у відповідності до діаграми стану.

Такий стан настає лише при повільному охолодженні.

Основою для визначення фаз й структурних складових є діаграма стану системи залізо-вуглець.

Фазою називають однорідну частину системи, яка відокремлена від інших частин поверхнею розділу. Фазами системи можуть бути чисті компоненти, розчини (рідкі та тверді), хімічні сполуки. Так, фазами в системі залізо-вуглець є: рідкий розчин, тверді розчини – ферит й аустеніт, а також хімічна сполука – цементит.

Структурна складова являє собою відокремлену частину сплаву, яка має характерну одноманітну будову під мікроскопом. Структурні складові можуть складатися з однієї чи декількох – фаз.

Однофазні структури.

  1. Ферит (майже чисте залізо) – твердий розчин упровадження вуглецю в α-залізо. Максимальна розчинність вуглецю в α-залізі при 7270 С - 0.023%, при звичайних температурах – 0.006%. Кристалічна решітка фериту об`ємно-центрований куб. Ферит має властивості магніту. Твердість його невелика(НВ=70-80 од.), та пластичні властивості досить високі δ=40%, δв=30 кг/мм. На діаграмі стану ферит займає область CPQ.

  2. Аустеніт – твердий розчин упровадження вуглецю в γ-залізо. Максимальний вміст вуглецю в аустеніті при 11470 С дорівнює 2.14%. Кристалічна решітка – об`ємно-центрований куб. Аустеніт на діаграмі стану займає область AESG.

  1. Цементит – хімічна сполука вуглецю з залізом. Його хімічна формула Fe3C(карбід заліза). Вміст вуглецю в ньому за вагою дорівнює 6.67%. Цементит має високу твердість й крихкість (НВ=800 од., δ=0).

Двофазні структури

Перліт – евтектоїд, складений з дисперсної механічної суміші кристалів фериту й цементиту. Перліт містить 0.8% С й утворюється при температурі 7270С з аустеніту за лінією PSK діаграми. Перліт у залежності від форми часток може бути пластинчатим й зернистим (НВ=180 од., δ=12%, δв=90 кг/мм2).

Ледебурит – евтектика, яка утворюється при температурі 11470С та містить 4.3% вуглецю. Ледебурит утворюється з рідкого розчину концентрації 4.3% вуглецю( за лінією діаграми ECF).

Основні компоненти чавунів – залізо, вуглець та кремній. Крім того, звичайні чавуни містять марганець, фосфор, сірку та ін. елементи. Незважаючи на складність хімічного складу чавуна найважливіші структурні зміни в процесі нагріву й охолодження якісно можна проаналізувати з використанням діаграми стану подвійної системи Fe-C. У цій системі, як відомо, аустеніт та ферит можуть знаходитися в стабільній рівновазі з графітом й у метастабільному з цементитом.

Графіт порівняно з цементитом, важче зароджується й важче зростає в металічній матриці. Для зародження графіту потрібно значно більше флуктуацій концентрацій, так як графіт – це практично 100% С(розчинність заліза в ньому мізерна), а цементит містить тільки 6.67% С. При зростанні графітного кристалу необхідно майже повне видалення атомів заліза від фронту просування його межі в металічний матриці. Тому утворення метастабільного цементиту в певних умовах, наприклад, при прискореному охолодженні кінетично більш вигідно, ніж утворення стабільного графіту. Однак, метастабільна рівновага аустеніта чи ферита з цементитом відповідає відносному мінімуму вільної енергії, а стабільна рівновага з графітом – абсолютному мінімуму вільної енергії. Тому, витримка чавуна при підвищених температурах повинна привести до заміни цементиту графітом.

У залежності від стану вуглецю чавуни бувають білі або переробні та сірі або литні. У білих чавунах вуглець знаходиться в хімічно зв`язаному стані, у формі Fe3С – карбіду заліза. Якщо цементит має високу крихкість та твердість то обробляти його майже не можливо, а міцність його незрівнянно мала через велику крихкість. Тому, як конструкційний матеріал його не застосовують і переробляють у сталь. Тому він і має назву „переробний”.

Цей чавун утворюється при швидкому охолодженні (відливу сплаву в вогкі земляні форми або кокиле), коли цементит не встигає розпастися. Отриманню структури білого чавуна сприяє Mn. Вміст Mn у білих чавунах від 0.5 до1%.

Згідно з діаграмою Fe-Fe3C білі чавуні бувають до евтектичні, евтектичні, заевтектичні.

Евтектичний чавун 4.3%С складається з 100% ледебуриту, який при кімнатній температурі являє собою механічну суміш перліту й цементиту. Перліт в ледебуриті – темний, цементит – світлий.

Доевтектичний білий чавун складається з перліту й ледебуриту.

Заевтектичний білий чавун складається з первинного цементиту й ледебуриту.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]