Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Как уже говорилосьвыше, увеличение скорости охлаждения и повышение концентрации Mn смещают равновесие в сторону метастабильной диаграммы, а увеличение содержания Si и С, наоборот, смещает равновесие в сторону стабильной диаграммы равновесия.При охлаждении серого чугуна в интервале температур от эвтектической до эвтектоидной уменьшается растворимость углерода в -твердом растворе, в результате чего из аустенита выделяетсялибо графит вторичный, который наслаивается на уже имеющиесяв структуре графитные включения, либо вторичный цементит, который может появляться на границах аустенитного зерна.
Далеев сплаве идет эвтектоидное превращение.Рассмотрим зависимость процесса формирования структурысерого чугуна от скорости охлаждения при фиксированном составесплава.Пусть скорость охлаждения будет столь мала, что все превращения идут по стабильной диаграмме состояния. Тогда в интервале между эвтектической и эвтектоидной температурами из аусте25нита будет выделяться графит вторичный, а эвтектоидная реакцияпойдет с образованием феррита и графита (аномальная эвтектоидная смесь) S αP + Г. В результате при комнатной температуре вструктуре будут наблюдаться графит и феррит (рис.
2.5). Такаяструктура называется серым чугуном на ферритной основе илиферритным серым чугуном.Структуру серого чугуна принято рассматривать как графитные включения в металлической матрице (основе). Тот углерод,который входит в состав графитных включений, называют свободным, а тот, что входит в состав металлической матрицы, — связанным. В ферритном сером чугуне концентрация связанного углерода Ссвяз близка к нулю, а концентрация свободного углерода влюбом сером чугуне может быть рассчитана из объемной долиграфитных включений VГ:Cсвобод VГ 100 2,3,VГ 2,3 (100 VГ ) 7,8где 100 — концентрация углерода в графите; 2,3 г/см3 — плотность графита; 7,8 г/см3 — плотность металлической основы, вданном случае — феррита.Рис.
2.5. Структура серого чугуна на ферритной основе26Ссвобод рассчитывается как массовая доля графита, равная отношению массы графита к массе всего сплава, умноженная наконцентрацию углерода в графите.Теперь рассмотрим процесс формирования структуры серогочугуна при большей скорости охлаждения. Пусть все превращениядо эвтектоидной реакции пойдут по стабильной диаграмме состояния, а сама эвтектоидная реакция — по метастабильной: S αP ++ Fe3C. В этом случае, как и в предыдущем, перед эвтектоиднойреакцией в структуре будут присутствовать графит и аустенит, а впроцессе реакции аустенит преобразуется в перлит. Таким образом, сформируется структура, состоящая из графита и перлитныхколоний, или так называемый перлитный серый чугун или серыйчугун на перлитной основе (рис.
2.6). Количество связанного углерода в таком сплаве может быть определено по формулеCсвяз VП 0,8 7,8,VГ 2,3 (100 VГ ) 7,8где VП — объемная доля перлита в структуре; 0,8 — концентрацияуглерода в перлите.Теперь рассмотрим структуру, формирование которой происходит при промежуточной скорости охлаждения между описанными выше вариантами, т. е. все превращения до эвтектоидногоРис.
2.6. Структура серого чугуна на перлитной основе27Рис. 2.7. Структура серого чугуна на ферритно-перлитной основеидут по стабильной диаграмме состояния, при эвтектоидном превращении часть аустенита распадается по стабильной диаграмме собразованием феррита и графита, часть — по метастабильной собразованием перлита. В структуре такого сплава при комнатнойтемпературе будут наблюдаться феррит, перлит и графит(рис. 2.7). Такая структура называется ферритно-перлитным серым чугуном или серым чугуном на ферритно-перлитной основе.Количество связанного углерода в сплаве с такой структурой может быть определено по формулеCсвяз VП 0,8 VФ 0,006 7,8VП 0,8 7,8,VГ 2,3 (100 VГ ) 7,8 VГ 2,3 (100 VГ ) 7,8где VФ — объемная доля феррита в структуре; 0,006 — концентрация углерода в феррите, которая столь мала, что количеством углерода в феррите можно пренебречь.Пусть при следующей скорости охлаждения формированиеструктуры по метастабильной диаграмме начнется при температуре между эвтектическим и эвтектоидным равновесием.
В этомтемпературном интервале уменьшается растворимость углеродав аустените. Переход на метастабильную диаграмму приведет к28тому, что наряду с графитом вторичным из аустенита выделитсявторичный цементит в виде сетки по границам аустенитного зерна.При эвтектоидной реакции аустенит превратится в перлит. Такимобразом, в структуре будут присутствовать графит, цементит вторичный и перлит.
Такая структура называется серым чугуном наперлитоцементитной основе или перлитоцементитным серымчугуном и не находит применения из-за своей хрупкости.Концентрацию связанного углерода в сером чугуне на перлитоцементитной основе можно рассчитать какCсвяз (VП 0,8 VЦ 6,67) 7,8,VГ 2,3 (100 VГ ) 7,8где VЦ — объемная доля цементита в структуре; 6,67 — концентрация углерода в цементите.При дальнейшем увеличении скорости охлаждения часть расплава будет распадаться с образованием графита и аустенита, а часть —с образованием ледебурита. При охлаждении сначала из аустенитабудет выделяться цементит вторичный, а затем -фаза превратится вперлит. Таким образом, при комнатной температуре структура сплавабудет состоять из ледебурита, цементита вторичного и перлита.
Этополовинчатый чугун, и его структура представлена на рис. 2.8.Рис. 2.8. Структура половинчатого чугуна29Дальнейшее увеличение скорости охлаждения приведет к тому,что весь расплав при эвтектической реакции превратится в ледебурит, и сформируется структура белого чугуна.По табл. 2.2 можно проследить зависимость структуры чугунаот скорости его охлаждения.Таблица 2.2Зависимость структуры чугунов от скорости охлажденияvохлПревращениепри1147…727 °СЭвтектоидноепревращениеСтруктурные составляющиепри 20 °СНазвание сплаваКонцентрация связанного углерода, % ГIIS αP + ГФ+ГФерритный СЧ0Ферритно-перS αP + ГS αP + Fe3C Ф + П + Г литный СЧS αP + Fe3C ЦIIП+ГПерлитный СЧ0…0,80,8S αP + Fe3C П + ЦII + Г Перлитоцементитный СЧ0,8…2,14S αP + Fe3CЛпр + П ++ ЦII + ГПЧ2,14…4,3S αP + Fe3CЛпр + П ++ ЦIIБЧ%С== % СсвязПримечание.
СЧ, ПЧ и БЧ — серый, половинчатый и белый чугун соответственноТак как плотность графита намного меньше плотности всехостальных структурных составляющих, для его образования требуется большой объем, в результате чего при затвердевании серых чугунов наблюдается очень малая усадка. Этот факт делаетсерые чугуны материалом с хорошими литейными свойствами.Металлическая основа серого чугуна оказывает влияние наего механические свойства. Как в сталях при увеличении содержания углерода прочность повышается, а пластичность падает,так и в серых чугунах рост процента связанного углерода приводит к повышению прочностных свойств, но основное влияние намеханические свойства серых чугунов оказывают форма и размеры графитных включений.30По сути, длинные, с острыми краями графитные включения вматериале играют роль трещин, делающих серые чугуны хрупкими.
Для повышения пластичности серых чугунов разработаны методы изменения формы графитных включений. Данные по влиянию формы графита на пластичность серого чугуна приведеныниже:Форма графитаОтносительное удлинение , %пластинчатая ......................................... 0,2…0,5хлопьевидная ........................................ 5…10шаровидная ........................................... 10…15Высокопрочные чугуныОдним из методов изменения формы графитных включенийявляется модификация серых чугунов: в состав сплава вводят магний или церий. Элементы-модификаторы, меняя состояние межфазной границы «графит/металлическая основа», приводят к тому,что изменяется направление роста графитных кристаллов, и ихформа становится более компактной (шаровидной). При такойформе графита существенно повышается комплекс механическихсвойств серого чугуна: возрастает прочность и пластичность.
Серый чугун с шаровидными графитными включениями называетсявысокопрочным. Структура такого чугуна представлена нарис. 2.9.Рис. 2.9. Структура высокопрочного чугуна31Ковкие чугуныЕще одним способом получения компактных графитных включений является графитизирующий отжиг доэвтектического белогочугуна при температуре 950…1000 С. В данном температурноминтервале в структуре белого чугуна присутствуют две фазы:аустенит и метастабильный цементит. В процессе отжига метастабильный цементит растворяется в аустените, а вместо него формируются стабильные графитные включения.
Эти включения имеюткомпактную хлопьевидную форму, чугуны с такой формой графитных включений называются ковкими (рис. 2.10).Рис. 2.10. Ковкий чугун с графическими включениями:а — ферритный; б — ферритно-перлитныйДалее в зависимости от скорости охлаждения сплава аустенитможет распадаться как по стабильной, так и по метастабильнойдиаграмме, в результате чего может формироваться ферритная,ферритно-перлитная или перлитная металлическая основа.Порядок выполнения1. Изучить микроструктуры образцов чугунов с помощью металлографического микроскопа. Результаты металлографическогоанализа (структуру с указанием структурных составляющих и увеличения микроскопа), а также название сплава занести в табл.
2.3.2. Визуально оценить количество структурных составляющих всплаве и по этим данным рассчитать концентрацию свободного исвязанного углерода в сплаве, а также общую его концентрацию.32Таблица 2.3№ образцаСтруктура чугуновМикроструктура, С.С. и увеличениеНазваниесплаваОбъемные доли С.С., Ф.С. и Эвтектическая% Сспл, % Ссвобод,состави эвтектоид% Ссвязэтих фаз ная реакции3. По структуре сплава и по диаграмме состояния определитьфазовый состав сплава, состав фаз, а также эвтектическую и эвтектоидную реакции, по которым формировалась структура.Содержание отчета1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
