Титов (550695), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Согласно диаграмме железо — углерод (рис. 160) при стабильном равновесии весь углерод в чугуне кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа — в виде феррита (серый чугун); при метастабильном равновесии весь углерод кристаллизуется в составе цементита Ге»С (белый чугун). На характер кристаллизации чугуна, а также на форму, размеры и расположение образующихся фаз влияют следующие факторы; химический состав сплава, скорость охлаждения, толщина стенок отливки. Конечную структуру можно изменять воздействием на жидкий чугун (перегревом, модифицированием, вибрацией, ультразвуком и другими способами), а также термической обработкой отливок. Серый чугун содержит углерод в виде графита и цементита, находящегося в перлите.
Свойства серого чугуна во многом зависят от количества графита и перлнта, а также от формы и величины графитных включений. Графит сильно влияет на основные свойства чугуна, особенно на прочность, характеризующую чугун как конструкпионный материал. На прочностные свойства чугуна оказывают влияние включения графита, которые ослабляют поперечное сечение металлической основы в направлении, перпендикулярном к приложению внешней растягиваюшей силы, особенно при хаотическом расположении включений графита в чугуне. Включения графита оказывают также «надрезываюшее» действие на металлическую основу; «надрезывающее» действие пластинчатого ~Рафита снижает прочность чугуна тем больше, чем больше в нем содержится графита и чем он крупнее.
Графит уменьшает предел прочности чугуна при растяжении, а также предел упругости и пропорциональности; пластичность 1относительное удлинение, удар. ную вязкость), модуль упругости. Отрицательное влияние графита ца эти свойства можно снизить уменьшением количества и размеров включений и лгаксимальным приближением их формы к шаровидной. Чугун, в отличие от стали, обладает низкой чувствительностью к надрезам. Появляющиеся в чугункой отливке надрезы (раковины, 255 250 Гао 220 Гга 200 (О 02) 200 00 0 Г г 5 0 0% Рис. 160.
диаграмма сосгояаяя агелеаоуглеродя- стых сплавая поры, неметаллические включения, риски, образующиеся при механической обработке, и т. д.) в небольшой степени уменьшают конструктивную прочность чугуна. Такие же вадрезы в стальной отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и усталостную прочность. Эта особенность чугуна объясняется наличием большого числа надрезов, образуемых включевиями графита и высокой циклической вязкостью чугуна.
Циклическая вязкость характеризуется энергией, которая рассеивается 1перенадится в теплоту) при переменных нагрузках в упругом материале. $2. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЧУГУНА По содержанию углерода чугуны делятся на доэвтектпческие, эвтектические и заэвтектические. При затвердевании доэвтектических чугунов выделяется в первую очередь высокоуглеродистая фаза — первичный графит или первичный цементит. Затвердевание эвтектики происходит при температуре эвтектической остановки.
Состав эвтектики и температура эвтектического превращения зависят от того, в какой системе, стабильной или метастабильной, оно происходит. Структура чугуна окончательно формируется при эвтектоидном превращении. При кристаллизации серого чугуна к моменту эвтектоидного превращения основными структурными составляющими являются аустенит и графит, образовавшийся при эвтектнческом превращении и выделившийся из аустеинта прн охлаждении в интервале температур от эвтектического до эвтектоидного превращения. При эвтектоидном превращении происходит перегруппировка (переупаковка) атомов железа из кубической грапецентрированной решетки Т вЂ” Ре в кубическую объемноцентрнрованную к — Ге и диффузионное отделение углерода от железа.
В результате превращения образуются структуры, состоящие из феррита и высокоуглеродистой фазы. При медленном охлаждении происходит полное диффузионное отделение углерода, кристаллизующегося в виде графита. В этом случае окончательной структурой чугуна будет феррит + графит (Ф вЂ”; Г). На диаграмме (см. рис. 160) кроме Ге — ГеаС нанесены штриховые линии системы Ге — С, когда углерод не вступает в химическое соединение с железом и не образует цементит.
Диаграмма Ге — С в общем сходна с диаграммой Ре — Ге,С, но линии ее несколько смещены влево и вверх. Характерные точки диаграммы Ре — С обозначены теми же буквами, что и на диаграмме Ре — Ге,С, но со штрихом сверху. По линии С'Р' происходит выпадение первичного графита, по линии Е'С'Р' — затвердевание графитовой эвтектики — это тонкая механическая смесь аустенита и графита. При дальнейшем охлаждении до линии Р'$'К' выделяется эвтектоидная смесь, состоящая из феррита и графита.
Чугуны, в которых углерод частично илн полностью выделился в виде графита, называют ф е р р и т н ы м и, так как мегаллическчю основу их составляет феррит. Углерод в виде графита выделяется лишь при очень медленном охлаждении. При быстром же охлаждении в процессе кристаллизации (первичной и вторичной) выделяется ие графит, а цемеитит. При некотором увеличении скорости охлаждения выделение графитового эвтектоида прекращается до линии Р'5'К' н оставшийся Углерод переходит (по линии РЗК) в цементит, в результате чего образуется некоторое количество перлита. Такой чугун будет иметь основу — феррит, перлит и включения графита (Ф + П + Г). Этот чугун называют ф е р р и т н о - п е р л и т н ы м. При дальнейшем увеличении скорости охлаждения до линии Р'5'К' выделение графитового эвтектоида не происходит, а аусте нит по линии РБК превратится в перлит.
Такой чугун будет иметь основу — перлит и включения графита в виде чешуек. Такой чугун называют и е р л и т н ы м, он имеет структуру перлит+ графит (П + Г). При увеличении скорости охлаждения между линиями эвтектического и эвтектоидиого превращения из аустенита еще до перлита будет выделяться не графит, а цементит. Такой чугун имеет структуру перлит — вторичный цементит — графит (П + Ц+ Г); его называют перл нтно-пементитным чугуном. Иногда в структуре чугуна наряду с графитом находится ледебурит (при увеличенной скорости охлаждения и эвтектическом превращении), Такой чугун называют и о л о в и н ч а т ы м. Белый чугун являегся совершенно ие графитизированным, углерод в нем находится в виде химического соединения с железом.
Структура белого чугуна состоит из перлита и структурно-свободного цементита (П + Ц). Чугуны считаются эвтектическими, если они содержат 4,2— 4,3$ю С. При наличии многих компонентов возможно образование в чугуне сложных эвтектик. Например, фосфор (при содержании в чугуне ие менее 0,06 — 0,08'Ь Р, обычно при 0,1 — 0,2%) образует с железом и углеродом фосфидную эвтектику, затвердевающую при 980' С.
Фосфидная эвтектика в обычных серых чугунах, содержащих около 2 "4 51, затвердевает в виде тройной эвтектики аустенит — пементит — фосфид. Размер и форма включений графита зависят от наличия в жидком чугуне центров кристаллизапии, скорости охлаждения и содержания графитизирующих примесей. Чем больше в жидком чугуне нерастворимых мелких частичек (пентров кристаллизации), тем мельче будет графит. Для увеличения количества центров кристаллизации в жидкий чугун перед разливкой вводят вещества, называемые м о д и ф ик а т о р а м и. В качестве модификаторов применяют алюминий, кремний, графит и другие вещества. С уменьшением продолжительности кристаллизапии и повышением содержания графитизирующих компонентов в чугуне пластинки графита укрупняются и удли.
няются. Большое влияние иа графитизапию чугуна оказывают крем. ний, углерод, алюминий, никель, марганеш хром, сера, молибден, магний. Кремний уменьшаег растворимость углерода в жидком и твердом растворах, способствует графитообразованию. Поэтому с увеличением содержания кремния механические свойства высокоугле. родистых чугунов понижаются. При содержании же свыше 3% кремния растворимость углерода в чугуне уменьшается, в результате образуются крупные выделения графита (спели) и феррита, вызывающие повышение твердости и хрупкости чугуна.
Каждый процент кремния уменьшает содержание углерода примерно иа 0,3'л, т. е. изменяет степень эвтектичности чугуна. Степень эвтек- 232 тичности чугуна определяется долей эвтектикн в его структуре. В случае превращения в метастабильной системе степень эвтектнчности находят по формуле С вЂ” 2 С вЂ” 2 4,3 — 2 2,3 где С вЂ” содержание углерода в чугуне. Для сплава, не содержащего кремния, степень эвтектнчностн, равная 1, соответствует содержанию 4,3% С (рис.
160), соответственно, 5, = 1, Для доэвтектических чугунов В, ( 1, а заэвтектических Я, ) 1. Поскольку, как указано выше, кремний изменяет степень эвтектичности чугуна, то влияние его на степень эвтектичности выражают при помощи «углеродного эквивалента», вычисляемого в пропеитах. С учетом содержания кремния в чугуне углеродный эквивалент будет С, = С+ 0,331. С учетом содержания кремния и фосфора С, = С+ 0,3 (31 + Р).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
