Файл: Работа 5 изучение зависимости между структурой и свойствами углероддистых сталей. Изучение зависимости между структурой и свойствами чугунов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 237
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
4) от т. 2 до т.3 сплав снова попадает в двухфазную область, следовательно, претерпевает «событие»: хотя сплав и не пересекает линию переменной растворимости ES, но в нём есть аустенит, который является твёрдым раствором внедрения переменной растворимости. Значит, что при охлаждении аустенита растворимость углерода в нём уменьшится от т.Е (2,14% С) до т.S (0,8% С), и выделится фаза, богатая углеродом – цементит вторичный ( ). Причём в сплаве аустенит остаётся, но он обеднён углеродом. Таким образом, на данном этапе в микроструктуре сплава присутствуют цементит первичный и ледебурит (который состоит из аустенита и цементита), а также цементит вторичный в виде сетки по краям зёрен аустенита.5) в т.3 сплав, пресекая линию PSK претерпевает эвтектоидное превращение (на кривой охлаждения изображается как прямая 3-3´, т.к. превращение идёт при постоянной температуре), при котором оставшийся аустенит распадается на две фазы – феррит и цементит, смесь которых называется перлит ( ). Таким образом, на данном этапе в микроструктуре сплава присутствуют цементит первичный и ледебурит (который состоит уже из перлита и цементита), и цементит вторичный.6 ) от т. 3 до т.4 сплав снова попадает в двухфазную область, следовательно, претерпевает «событие»: хотя сплав и не пересекает линию переменной растворимости PQ, но в нём есть феррит, который является твёрдым раствором внедрения переменной растворимости. Значит, что при охлаждении феррита растворимость углерода в нём уменьшится от т.P (0,02% С) до т.Q (0,006% С), и выделится фаза, богатая углеродом – цементит третичный ( ). Таким образом, на данном этапе в микроструктуре сплава присутствуют цементит первичный, ледебурит (состоит из перлита и цементита), цементит вторичный в виде сетки по краям зёрен перлита. Третичного цементита увидеть в микроскоп не удаётся, т.к. его сетка образуется вокруг пластинок феррита, который входит в перлит, который входит в ледебурит.При построении множества кривых охлаждения железоуглеродистых сплавов можно провести структурный анализ диаграммы. Конечный результат такого анализа показан на рис. 2.
Рис. 2. Диаграмма метастабильного равновесия Fe–Fe3C; указан структурный состав.Железоуглеродистые сплавы принято делить на три группы:- техническое железо (от 0% С до 0,02% С), в своём составе не содержат ни перлита, ни ледебурита;- стали (от 0,02% С до 2,14% С), в своём составе содержат прочный перлит, и не содержат хрупкого ледебурита;- чугуны (от 2,14% С до 6,67% С) в своём составе содержат хрупкий ледебурит.Наличие и отсутствие ледебурита наисильнейшим образом сказывается на механических свойствах чугунов и сталей: стали являются ковкими прочными сплавами, а чугуны литейными, но хрупкими.Стали в зависимости от структурного состава принято разделять на доэвтектоидные (от т.P до т.S), эвтектоидную (т.S) и заэвтектоидные (от т.S до т.E).Чугуны в зависимости от структурного состава принято разделять на доэвтектические (от т.Е до т.С), эвтектический (т.С) и заэвтектические (от т.С до т.F).Механические свойства сталей зависят от содержания в них прочного перлита, пластичного феррита, твёрдого цементита и наличия (отсутствия) вторичного цементита: увеличение доли перлита приводит к росту прочностных свойств, увеличение доли феррита приводит к росту пластических свойств, увеличение доли цементита приводит к росту твёрдости, а наличие вторичного цементита в виде сетки приводит к резкому охрупчиванию стали.По назначению стали делят на конструкционные и инструментальные:
Графит является мягкой фазой. Поэтому в случае нагружения чугуна он будет являться концентратором напряжений. Поэтому графит в виде пластинок приводит к снижению прочностных свойств, и, наоборот, в шаровидном виде – к увеличению прочностных свойств.Графитизатором является такой химический элемент как кремний Si. В зависимости от его содержания в чугуне, содержания углерода в сплаве (и толщины отливки) можно получить серый/высокопрочный чугун с разной полнотой протекания процесса графитизации. Полнота протекания процесса графитизации влияет на то, какая металлическая матрица будет в чугуне: 1) ферритная (полная графитизация, весь карбид перешёл в графит; в структуре Ф+Гр);2) перлитная (частичная графитизация, не весь карбид перешёл в графит; в структуре П+Гр);
3) или феррито-перлитная («незавершённая полная», когда в структуре помимо Гр есть как Ф, так и П).На практике существует структурная диаграмма для чугунов, которая показывает полноту протекания процесса графитизации при использовании Si и варьировании скорости охлаждения.влияние Si влияние толщины отливки ( )Области: I – белые чугуны – Л(П+Ц), , П (мало Si); II – половинчатые чугуны – Л(П+Ц), , П, Гр (недостаточно Si) – не используется ; III – перлитный чугун – П+Гр; IV – феррито-перлитный чугун – Ф+П+Гр; V – ферритный чугун – Ф+Гр.Серые чугуны маркируются СЧЦ, где С – серый, Ч – чугун, Ц – цифра, обозначающая десятую долю от предела прочности (например, СЧ25, «25» означает, что предел прочности равен 250 МПа).Высокопрочные чугуны маркируются ВЧЦ, где В – высокопрочный, Ч – чугун, Ц – цифра, обозначающая десятую долю от предела прочности (например, ВЧ45, «45» означает, что предел прочности равен 450 МПа).2) путём распада карбида железа при достаточной диффузии углерода к центрам кристаллизации Гр и самодиффузии Fe от мест, где выделился Гр, осуществляемый в процессе отжига белого чугунаПри таком способе получают ковкие чугуны. Графит в них имеет хлопьевидную форму.слева – хлопьевидный Гр; справа – микроструктура хлопьевидного ГрМеталлическая матрица ковкого чугуна также зависит от полноты протекания процесса графитизации, которая, в свою очередь, зависит от схемы применяемого отжига.Заготовку (отливку) из белого чугуна нагревают и дают пройти:- только 1-ой стадии графитизации (получают перлитный ковкий чугун);- и 1-ой и 2-ой стадиям графитизации (получают ферритный ковкий чугун);- 1-ой и не завершают 2-ую стадию графитизации (получают феррито-перлитный ковкий чугун).Первая стадия графитизации заключается в том, что в белом чугуне распадается цементит, который входит в ледебурит, и (если есть) цементит первичный. Вторая стадия графитизации заключается в том, что распадается цементит, который входит в перлит (т.к. при охлаждении аустенита неминуемо образование перлита).
Ковкие чугуны маркируются КЧЦ1-Ц2, где К – ковкий, Ч – чугун, Ц1 и Ц2 обозначают десятую долю от предела прочности и пластичность чугуна (целое число) (например, КЧ50-5, «50» означает, что предел прочности равен 500 МПа, а «5», что пластичность равна 5 %).Замечание: на микроструктурах серых, высокопрочных и ковких чугунов до травления можно увидеть только графитовые включения, а после травления – металлическую матрицу и графитовые включения.
Рис. 2. Диаграмма метастабильного равновесия Fe–Fe3C; указан структурный состав.Железоуглеродистые сплавы принято делить на три группы:- техническое железо (от 0% С до 0,02% С), в своём составе не содержат ни перлита, ни ледебурита;- стали (от 0,02% С до 2,14% С), в своём составе содержат прочный перлит, и не содержат хрупкого ледебурита;- чугуны (от 2,14% С до 6,67% С) в своём составе содержат хрупкий ледебурит.Наличие и отсутствие ледебурита наисильнейшим образом сказывается на механических свойствах чугунов и сталей: стали являются ковкими прочными сплавами, а чугуны литейными, но хрупкими.Стали в зависимости от структурного состава принято разделять на доэвтектоидные (от т.P до т.S), эвтектоидную (т.S) и заэвтектоидные (от т.S до т.E).Чугуны в зависимости от структурного состава принято разделять на доэвтектические (от т.Е до т.С), эвтектический (т.С) и заэвтектические (от т.С до т.F).Механические свойства сталей зависят от содержания в них прочного перлита, пластичного феррита, твёрдого цементита и наличия (отсутствия) вторичного цементита: увеличение доли перлита приводит к росту прочностных свойств, увеличение доли феррита приводит к росту пластических свойств, увеличение доли цементита приводит к росту твёрдости, а наличие вторичного цементита в виде сетки приводит к резкому охрупчиванию стали.По назначению стали делят на конструкционные и инструментальные:
| конструкционные стали % C  0,7- сочетание мех. свойств (  , HB, KCU и др.)- использование: валы, оси, втулки, не сильно нагруженные зубчатые колёса, рессоры, пружины и др. - маркировка Ц, где Ц – это цифра (например, 20, 35, 50 и др.), которая показывает содержание углерода в стали в сотых долях. | инструментальные стали % C  - max твёрдость и износостойкость - использование: инструмент слесарный и мерительный, подшипники и др. - маркировка УЦ, где Ц – это цифра (например, У7, У10, У13 и др.), которая показывает содержание углерода в стали в десятых долях. |
Чугуны подразделяют на белые, серые, высокопрочные и ковкие.
Если в чугунах углерод находится в связанном с железом метастабильном химическом соединении – карбиде Fe3C, то такой чугун называют белым (т.к. цвет его излома светлый). Такие чугуны обладают прекрасными литейными свойствами, однако они хрупки. Поэтому используются для отливок, которые идут на передел в ковкий чугун. Маркируются БЧ (Б – белый, Ч – чугун).
В серых, высокопрочных и ковких чугунах углерод находится в свободной форме в виде графита (обозначается как Гр). Для того, чтобы в чугуне появился графит необходимо провести его графитизацию, т.е. вывести атомы углерода из карбида железа: 
. Существует два способа это сделать:
1) варьируя скорость охлаждения при кристаллизации чугуна и добавляя в него химические элементы (графитизаторы), способствующие образованию графита.
При таком способе можно получить серые чугуны (в них графит имеет пластинчатую форму) и высокопрочные чугуны (только если добавить помимо графитизатора ещё и присадки магния Mg, способствующие изменению формы графита на шаровидную).
 |  |
| слева – пластинчатый Гр, имеет вид лепестков; справа – микроструктура пластинчатого Гр | слева – шаровидный Гр; справа – микроструктура шаровидного Гр |
3) или феррито-перлитная («незавершённая полная», когда в структуре помимо Гр есть как Ф, так и П).На практике существует структурная диаграмма для чугунов, которая показывает полноту протекания процесса графитизации при использовании Si и варьировании скорости охлаждения.влияние Si влияние толщины отливки ( )Области: I – белые чугуны – Л(П+Ц), , П (мало Si); II – половинчатые чугуны – Л(П+Ц), , П, Гр (недостаточно Si) – не используется ; III – перлитный чугун – П+Гр; IV – феррито-перлитный чугун – Ф+П+Гр; V – ферритный чугун – Ф+Гр.Серые чугуны маркируются СЧЦ, где С – серый, Ч – чугун, Ц – цифра, обозначающая десятую долю от предела прочности (например, СЧ25, «25» означает, что предел прочности равен 250 МПа).Высокопрочные чугуны маркируются ВЧЦ, где В – высокопрочный, Ч – чугун, Ц – цифра, обозначающая десятую долю от предела прочности (например, ВЧ45, «45» означает, что предел прочности равен 450 МПа).2) путём распада карбида железа при достаточной диффузии углерода к центрам кристаллизации Гр и самодиффузии Fe от мест, где выделился Гр, осуществляемый в процессе отжига белого чугунаПри таком способе получают ковкие чугуны. Графит в них имеет хлопьевидную форму.слева – хлопьевидный Гр; справа – микроструктура хлопьевидного ГрМеталлическая матрица ковкого чугуна также зависит от полноты протекания процесса графитизации, которая, в свою очередь, зависит от схемы применяемого отжига.Заготовку (отливку) из белого чугуна нагревают и дают пройти:- только 1-ой стадии графитизации (получают перлитный ковкий чугун);- и 1-ой и 2-ой стадиям графитизации (получают ферритный ковкий чугун);- 1-ой и не завершают 2-ую стадию графитизации (получают феррито-перлитный ковкий чугун).Первая стадия графитизации заключается в том, что в белом чугуне распадается цементит, который входит в ледебурит, и (если есть) цементит первичный. Вторая стадия графитизации заключается в том, что распадается цементит, который входит в перлит (т.к. при охлаждении аустенита неминуемо образование перлита).
Ковкие чугуны маркируются КЧЦ1-Ц2, где К – ковкий, Ч – чугун, Ц1 и Ц2 обозначают десятую долю от предела прочности и пластичность чугуна (целое число) (например, КЧ50-5, «50» означает, что предел прочности равен 500 МПа, а «5», что пластичность равна 5 %).Замечание: на микроструктурах серых, высокопрочных и ковких чугунов до травления можно увидеть только графитовые включения, а после травления – металлическую матрицу и графитовые включения.