Рисунок 3 − Диаграмма состояния системы железо карбид-железа
Компоненты: железо и углерод.
Фазы:
1) Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
2) Феррит — твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе с ОЦК (объёмно-центрированной кубической) решёткой.
3) Аустенит (γ) — твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе с ГЦК (гране-центрированной кубической) решёткой.
4) Цементит (Fe3C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решёткой, содержит 6,67 % углерода.
Механические смеси:
1) Перлит (П) - механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита (пластинки или зерна) и определяет механические свойства перлита.
2) Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом.
Марка сплава: У18А.
5. Покажите графически режим отжига для получения перлитного ковкого чугуна. Опишите структурные превращения, происходящие в процессе отжига, и механические свойства чугуна после термической обработки
Ковкие чугуны получают из белых чугунов путем графитизирующего отжига (томление).
Рисунок 4 - График режимов отжига белого чугуна на ковкий
Отжиг проводится в две стадии. Сначала отливки белого чугуна нагревают в течение 20-25 ч до температуры 950-970 °С. Во время выдержки (15 ч) при этой температуре протекает первая стадия графитизации, т.е. распад цементита, входящего в состав ледебурита (A+Fe3C), и установление стабильного равновесия аустенит + графит. В результате распада цементита образуется хлопьевидный графит. Затем отливки медленно охлаждают (в течение 6-12 ч) до температуры 720 °С. При охлаждении происходит выделение из аустенита вторичного графита и рост графитовых включений. По достижении температуры 720 °С дают вторую длительную выдержку, при которой происходит распад цементита, входящего в перлит, на феррит и графит. Вторая стадия графитизации длится около 30 ч, и после ее завершения структура чугуна состоит из графита и феррита. Излом ферритного чугуна бархатисто-черный ввиду большого количества графита.
Если вторую стадию графитизации не проводят, то получают ковкий чугун со структурой графит + перлит. Излом такого чугуна светлый.
Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.
Для ускорения отжига белого чугуна на ковкий принимают различные меры: чугун модифицируют алюминием (реже бором или висмутом), повышают температуру нагрева перед разливкой, проводят перед отжигом закалку, повышают температуру первой стадии графитизации (до 1080 °С) и т. д.
По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.
Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.
Список используемой литературы
1. Заплатин, В.Н. Основы материаловедения (металлообработка): Учеб. пособие для НПО / В.Н. Заплатин. - М.: Академия, 2008 – 200 с.
2. Заплатин, В.Н. Справочное пособие по материаловедению (металлообработка): Учеб. пособие для НПО / В.Н. Заплатин. - М.: Академия, 2007. – 135 с.
3. Калачев, Б.А., Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Калачев, Б.А. Ливанов, В.И. Елагин. – М.: МИСИС, 2005. – 198 с.
4. Коршунова, Т.Е. Строение, свойства и применение сталей и чугунов / Т.Е. Коршунов. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003. – 158 с.
5. Ржевская, С.В. Материаловедение: Учебник для ВУЗов / С.В. Ржевская. - М.: Университетская книга Логос, 2006. – 440 с.
6. Солнцев, Ю.П. Материаловедение: Учебник для СПО / Ю.П. Солнцев. - М.: Академия, 2007 – 312 с.
7. Черепахин, А.А. Материаловедение: Учебник для СПО / А.А. Черепахин. - М.: Академия, 2006 – 248 с.
8. Чумаченко, Ю.Т. Материаловедение: Учебник для СПО / Ю.Т. Чумаченко. - Ростов н/Д.: Феникс, 2009. – 327 с.
