Урок 5. ЧУГУНЫ. СТРУКТУРА. СВОЙСТВА. МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ

Вопросы для повторения:

1. Как классифицируются по назначению инструментальные легированные стали?

2. Какие стали применяют для изготовления измерительного инструмента?

3. Какими преимуществами обладают быстрорежущие стали по отношению к легированным инструментальным сталям?

В соответствии с реальными условиями кристаллизации в структуре чугунов могут быть разные составляющие в зависимости от того, какая часть углерода оказывается в структурно свободном состоянии. Это же определяет название чугунов: белый, половинчатый, серый.

Белый чугун — это тот, в котором весь углерод находится в связанном состоянии. Белые чугуны по структуре подразделяют на доэвтектические, имеющие структуру П + Ц₁₁ + Л,эвтектические со структурой Л,заэвтектические Ц₁ + Л.

Белый чугун для изготовления деталей машин не используют, поскольку он обладает высокой твердостью (НВ 450 - 550), хрупок и практически не поддается обработке режущим инструментом. Высокая твердость и хрупкость белого чугуна обусловлены наличием в нем ледебурита.

Половинчатый чугун тот, в котором одна часть углерода находится в связанном состоянии (С_связ. > 0,8 %), а другая в свободном. В структуре половинчатых чугунов наряду со вторичным цементитом или цементитом ледебурита имеется графит. Структура половинчатого чугуна может быть П + Ц₁₁+ Г или П + Л + Г.

Излом половинчатого чугуна частично белый (в местах залегания ледебурита), частично серый (в местах, где расположены включения графита).

Половинчатые чугуны, так же как и белые, для изготовления деталей машин не используются.

Серый чугун тот, в котором большая часть углерода или почти весь углерод находится в свободном состоянии, а в связанном состоянии может быть до 0,8 % С. В структуре серого чугуна имеется графит, количество, форма и распределение которого могут изменяться в широких пределах. Может содержаться также цементит, но только не в структурно свободном состоянии, а в составе эвтектоида, т. е. перлита (ледебурита или цементита вторичного в структуре серого чугуна нет).

Название серый чугун получил по цвету излома - излом серого цвета.

В микроструктуре такого чугуна следует различать металлическую основу и включения графита, которые эту основу пронизывают.

Графит в сером чугуне может быть разным по форме включений: пластинчатым, хлопьевидным и шаровидным.

В обычном сером чугуне графит образуется в пластинчатой форме. Чугун, в котором графит имеет форму хлопьев, называют ковким чугуном. Чугунс шаровидной формой графита называют высокопрочным чугуном.

Металлическая основа чугуна может состоять из перлита (если количество связанного углерода в чугуне составляет 0,8%), или из феррита + перлита (если количество связанного углерода меньше 0,8%), или только из феррита (С_связ ≤ 0,03%).

В зависимости от структуры металлической основы различают: перлитный чугун,имеющий структуру П + Г, ферритно-перлитный чугун,структура которого состоит из Ф + П + Г; ферритныи чугун соструктурой Ф + Г.

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны являются широко распространенными и дешевыми литейными конструкционными материалами. Свойства таких чугунов зависят как от структуры металлической основы, так и от характера графитных включений (формы, размеров, количества этих включений).

На прочностные свойства существенно влияет структура металлической основы.

Чугун с перлитной структурой обладает наибольшей твердостью, прочностью и износостойкостью. Наличие феррита в структуре металлической основы вызывает снижение прочностных характеристик и износостойкости. Наименьшую прочность имеет ферритный чугун. Твердость чугуна с различной структурой металлической основы имеет следующие значения:

Пластичность чугунов мало зависит от структуры металлической основы.

Форма графитных включений мало влияет на твердость чугуна; однако на прочность и пластические свойства она оказывает значительное влияние.

Наиболее благоприятной формой графита является шаровидная, а пластинчатый графит снижает прочность и пластичность чугуна.

Графит обладает низкими механическими свойствами, и включения графита действуют так, как будто бы в металлической основе имеются пустоты, внутренние надрезы, которые разобщают и ослабляют эту основу.

Включения графита пластинчатой формы действуют как острые внутренние надрезы или трещины, ослабляющие металлическую основу и уменьшающие прочность и пластичность чугуна. Чем крупнее пластинки графита и менее равномерно распределены по объему, тем меньше прочность чугуна при растяжении. При сжатии свойства чугуна с пластинчатыми включениями графита остаются достаточно высокими (разрушающая нагрузка при сжатии в три — пять раз больше, чем при растяжении), близкими к свойствам стали с такими же составом и структурой, что и металлическая основа чугуна. Это свидетельствует о том, что включения графита практически не влияют на прочность чугуна при сжатии. Они также менее значительно, чем при растяжении, снижают прочность чугуна при изгибающем действии нагрузки.

Чем компактнее форма включений графита и чем меньше их количество, тем в меньшей степени они ослабляют металлическую основу, тем выше прочность и пластичность чугуна при одной и той же структуре металлической основы. Так, чугун с шаровидной формой включений графита имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатой формой графитных включений (отсюда и название чугуна — высокопрочный).

Пластичность чугуна очень заметно зависит от формы включений графита:

Кроме снижения прочности и пластичности включения графита заметно понижают также модуль упругости чугуна, значения которого оказываются значительно ниже, чем у стали.

Следует отметить, что в определенных случаях наличие графита в структуре полезно и дает чугуну преимущества перед сталью:

- включения графита облегчают обрабатываемость чугуна резанием (стружка делается ломкой);

- благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо работает на трение;

- чугун с включениями графита обладает способностью быстро гасить вибрации, колебания;

- графит делает чугун практически нечувствительным к поверхностным надрезам и другим дополнительным дефектам на поверхности.

Следует также отметить хорошие литейные свойства чугуна, дающие ему преимущество по сравнению со сталью.

Поиск по сайту: