Лабораторная работа № 8. Микроструктура и свойства чугунов
8.1. Цель работы: изучить особенности микроструктуры белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов, установить зависимость свойств от состава и структуры.
8.2. Теоретическое обоснование
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 %С и затвердевающие с образованием эвтектики, называемой ледебуритом.
Чугун отличается от стали составом (более высоким содержанием углерода), лучшими литейными качествами, малой величиной пластической деформации. Чугун дешевле стали.
Благодаря сочетанию высоких литейных свойств (жидкотекучести, температуры плавления), достаточной прочности и износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы.
В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в этих сплавах, различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.
Железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2% углерода и постоянные
примеси (Si, Mn, P, S), называются чугунами. Углерод в структуре чугунов может
находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fe3C) и в свободном состоянии в виде графита. Чугуны подразделяются в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, на серый, белый и половинчатый (или отбеленный); в зависимости от формы включений графита – на чугуны с
пластинчатым, шаровидным (ВЧ), вермикулярным и хлопьевидным (КЧ) графитом; в зависимости от характера металлической основы – на перлитный, ферритный, перлито-ферритный, аустенитный, бейнитный и мертенситный; по назначению – на конструкционный и со специальными свойствами; по химическому составу – на легированный и нелегированный.
Белый чугун
В нем весь углерод находится в химически связанном состоянии, при нормальной температуре состоит из перлита и цементита. Свое название чугун получил по матово-белому цвету излома. Образуется при быстром охлаждении сплава. В соответствии с диаграммой Fe – Fe3C белые чугуны могут быть доэвтектические (С < 4,3%), эвтектический (С = 4,3%) и заэвтектические (С > 4,3%).
При цеховой температуре структура белого доэвтектического чугуна состоит из ледебурита, перлита и вторичного цементита (рис.8.1. а).
Структура доэвтектического чугуна при комнатной температуре состоит из
перлита (П), ледебурита (Л) и цементита вторичного (ЦII). Темные большие участки на микрошлифе - перлит. Участки с точечными темными вкраплениями - ледебурит. Вторичный цементит сливается с цементитом ледебурита - это светлые включения.
Структура эвтектического белого чугуна представлена ледебуритом (рис.8.1, б). Структура заэвтектического белого чугуна при комнатной температуре состоит из ледебурита и цементита первичного (ЦI).
Ледебуритная составляющая на металлографическом шлифе имеет вид светлых цементитных полей с равномерно расположенными на них относительно мелкими темными перлитными участками.
Рис.8.1. Микроструктура белого чугуна х725
а – доэвтектический, б – эвтектический белый чугун
Перлит занимает также крупные темные области. Вторичный цементит часто виден в виде светлых выделений по границам перлитных областей, а частично сливается с цементитом ледебурита.
Из-за большого количества цементита белые чугуны тверды (HB 4500 -5500 МПа), хрупки и для изготовления деталей машин почти не используются.
Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны (отливки из серого чугуна с поверхностным слоем белого чугуна). Из них изготавливают прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки, вагонные колеса и др. детали, работающие в условиях износа.
Белый чугун используется также как передельный для получения с помощью графитизирующего отжига ковкого чугуна.
Характерной особенностью структуры белых чугунов является наличие в них твердых и малопластичных составляющих: ледебурита и цементита. Белые чугуны имеют высокую твердость, плохо обрабатываются резанием.