Серые, ковкие, высокопрочные, вермикуляные чугуны. Их состав, марки, структуры, способы получения, свойства.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% С и затвердевающие с образованием эвтектики.

Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe – Fe3С белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и завтектические. Из-за большого количества цементита они твердые (450 – 550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита.

По химическому составу серые чугуны разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава, содержащие основные элементы: Fe, C, Si и постоянные примеси: Mn, P и S.

Углерод оказывает определяющее влияние на качество чугунов, изменяя количество графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений графита и ниже механические свойства чугуна. По этой причине максимальное содержание углерода ограничивается доэвтектической концентрацией. В то же время снижение его концентрации отрицательно сказывается на жидкотекучести и, следовательно, на литейных свойствах чугуна.

Кремний обладает сильным графитизирующим действием; способствует выделению графита в процессе затвердевания чугунов и разложению выделившегося цементита.

Марганец затрудняет графитизацию чугунов, несколько улучшает их механические свойства.

Сера – вредная примесь. Она ухудшает механические и литейные свойства чугунов: понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин.

Фосфор – чугуны имеют низкую температуру плавления (950 ^oС), что увеличивает жидкотекучесть чугунов, но высокую твердость и хрупкость.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и главным образом от количества, формы и размеров графитных включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводится в жидкий чугун в количестве 0,02 – 0,08 %.

Химический состав: тот же.

По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным. Ферритным чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита; допускается до 20 % перлита. Структура перлитного чугуна – сорбитообразный и пластинчатый перлит и шаровидный графит; допускается до 20 % феррита.

Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления.

В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную форму (до 40 %) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.

Химический состав: тот же.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45 (Число обозначает то же самое, что и раньше).

По механическим свойствам ЧВГ занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами.

Билет 12

Диаграмма состояния двойных сплавов с промежуточной фазой постоянного состава. Фазовый и структурный анализ. Механические свойства в зависимости от состава сплава (правило Курнакова).

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Диаграмма состояния представлена на рис. 5.7.

По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Отличие в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы.

На диаграмме:

 df – линия переменной предельной растворимости компонента В в компоненте А;

 ek – линия переменной предельной растворимости компонента А в компоненте В.

Кривая охлаждения сплава I представлена на рис. 5.7 б.

Рис. 5.7. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (а) и кривая охлаждения сплава (б)

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора . На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора . При достижении температуры, соответствующей точке 3, твердый раствор оказывается насыщенным компонентом В, при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из -раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов . За точкой 3 сплав состоит из двух фаз: кристаллов твердого раствора и вторичных кристаллов твердого раствора

Билет 15