Головна

Короткі теоретичні відомості

  1. I. Відомості про заявника
  2. II. Основні теоретичні положення
  3. II. Основні теоретичні положення
  4. II. Основні теоретичні положення
  5. II. Основні теоретичні положення
  6. II. Основні теоретичні положення
  7. III. Теоретичні основи філософії

До вуглецевої сталі відносяться сплави заліза з вуглецем з масовою часткою вуглецю від 0,02 до 2,14%. Основнимікомпонентамі вуглецевих сталейявляются залізо і вуглець.

Залізо є поліморфним металом, які мають різні кристалічні решітки в різних температурних інтервалах. При температурах нижче 910 ° С, залізо існує в ? -Модифікація, кристалічну будову якої є об'ємно-центровану кубічну решітку. Ця аллотропическими модифікація заліза називається ?-заліза. В інтервалі температур від 910 ° С до 1392 ° С існує ? залізо з гранецентрованих кубічних гратами.

Вуглець є неметаллическим елементом, що володіє поліморфізмом. У природі зустрічається у вигляді графіту і алмазу. У вуглецевих сталях ці компоненти взаємодіють, утворюючи, і залежно від їх кількісного співвідношення і температури, різні фази, що представляють собою однорідні частини сплаву. Ця взаємодія полягає тому, що вуглець може розчинятися як у рідкому (розплавленому) залозі, так і в різних його модифікаціях в твердому стані. Крім того, він може утворювати з залізом хімічну сполуку. Таким чином, в вуглецевих сталях розрізняють наступні фази: рідкий сплав (Ж), тверді розчини - ферит (Ф) і аустеніт (А) і хімічна сполука цементит (Ц).

 Малюнок 7.1 - Фрагмент діаграми стану "залізо-цементит": а) фазова; б) структурна.

ферит - Твердий розчин впровадження вуглецю в ?-заліза. Має об'ємно-центровану кубічну решітку і містить при нормальній температурі менше 0,006% вуглецю. У фериту низькі твердість і міцність, високі пластичність і ударна в'язкість.

аустеніт - Твердий розчин впровадження вуглецю в ?-заліза, при нормальній температурі в вуглецевих сталях в рівноважному стані не існує.

цементит - Хімічна сполука заліза з вуглецем, карбід заліза 3C. Він володіє складною кристалічною решіткою, містить 6,67% вуглецю. Для цементиту характерна висока твердість і дуже низька пластичність.

Згідно фазової діаграмі "залізо - цементит" (рисунок 7.1а) вуглецеві сталі при нормальній температурі складаються з двох фаз: фериту і цементиту. Рівноважні структури вуглецевих сталей вказуються на структурної діаграмі "залізо - цементит" (рисунок 7.1б).

У порівнянні з Евтектоїдних складом вуглецеві сталі підрозділяються на: доевтектоїдних, евтектоїдних і заевтектоідние.

Евтектоїдних сталь містить 0,8% С і має перлитную структуру (рисунок 7.2б) - евтектоїдна суміш фериту і цементиту. Перліт будь вуглецевої сталі містить 0,8% С. Будова перліту таке, що дисперсні частинки цементиту рівномірно розташовані в ферритной основі.

Доевтектоїдних стали містять від 0,02 до 0,8% С і мають ферритно-перлитную структуру (рисунок 7.2а). Тут світлі зерна - це ферит, а темні ділянки являють собою перліт, який є двофазної структурної складової, що складається з пластинок фериту і цементиту.

Заевтектоідние стали містять вуглецю від 0,8 до 2,14% і мають структуру, яка складається з перліту і цементиту (малюнок 7.2В).

Структурно-вільний цементит (цементит вторинний) в обсязі повільно охолодженої стали розташовується навколо перлитових зерен і металографічних це проявляється у вигляді цементитной сітки. Таке розташування вторинного цементиту сприяє підвищенню крихкості і зниження внаслідок цього, міцності. Тому від цементитной сітки позбавляються шляхом відпалу на зернистий перліт, домагаючись більш рівномірного розподілу зерен цементиту в стали.

У вуглецевої сталі крім основних компонентів (заліза і вуглецю) присутній ряд домішок Мn, Si, S, P та ін. Допустимі кількості домішок в сталях регламентуються відповідними стандартами. Домішки впливають на механічні і технологічні властивості стали. Так наприклад, Мп и Si підвищують твердість і міцність, Р надає стали хладноломкость - крихкість при нормальній і знижених температурах, а S - горячеломкость (красноломкость) - крихкість при температурах гарячої обробки тиском.

Малюнок 7.2 - Мікроструктура вуглецевих сталей:
а) доевтектоїдної; б) евтектоїдной; в) еаевтектоідной
(Зліва - схематичне зображення).

За призначенням і якістю вуглецеві стали класифікуються наступним чином:

1. Сталі конструкційні вуглецеві звичайної якості містять шкідливих домішок: сірки до 0,05%, а фосфору до 0,04% (ГОСТ 380-94). Ці стали маркуються Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп і т. Д. До Cт6. Якщо після марки коштують букви "кп" - це означає, що сталь кипить, повністю неокислених (раскисляют тільки ферромарганцем). Якщо "сп" - сталь спокійна, що отримується повним розкислення (раскисляют ферромарганцем, феросиліцію і алюмінієм). Якщо "пс" - сталь полуспокойная проміжного типу. Сталі звичайної якості широко застосовуються в будівництві. З ряду марок виготовляють деталі машинобудування.

2. Сталі конструкційні вуглецеві якісні (ГОСТ 1050-88).

До сталям цієї групи пред'являють більш високі вимоги щодо складу: менший вміст сірки (менше 0,04%) і фосфору (менше 0,035%). Вони маркуються двозначними цифрами, що позначають середню масову частку вуглецю в стали в сотих частках відсотка. Наприклад, сталь 30 - вуглецева конструкційна якісна сталь із середньою масовою часткою вуглецю 0,3%. Якісні конструкційні вуглецеві сталі широко застосовуються у всіх галузях машинобудування.

3. Сталі інструментальні якісні і високоякісні (ГОСТ 1435-90).

Ці стали маркуються буквою У і наступної за нею цифрою, яка б показала середню масову частку вуглецю в десятих частках відсотка. Наприклад, сталь У10 - інструментальна вуглецева якісна сталь із середньою масовою часткою вуглецю 1%. Якщо в кінці марки стоїть буква "А", це означає, що сталь високоякісна, т. Е. Містить менше шкідливих домішок (сірки менше 0,018% і фосфору менше 0,025%). Для ріжучого інструменту (фрези, зенкери, свердла, ножівки, напилки і т. П.) Зазвичай застосовують заевтектоідние стали (У10, У11, У12, У13). Деревообробний інструмент, зубила, викрутки, сокири і т. П. Виготовляють з сталей У7 і У8.

До чавунів відносяться сплави заліза з вуглецем, що містять більше 2,14% С. Практичне застосування знаходять чавуни з вмістом вуглецю до 4 - 4,5%. При більшій кількості вуглецю, механічні властивості істотно погіршуються.

Промислові чавуни не є подвійними сплавами, а містять крім Fe і С, такі ж домішки, як і вуглецеві стали Мn, Si, S, P і ін. Проте в чавунах цих домішок більше і їх вплив інше, ніж в сталях. Якщо весь наявний в чавуні вуглець знаходиться в хімічно зв'язаному стані, у вигляді карбіду заліза (F3C - цементит), то такий чавун називається білим. Чавуни, в яких весь вуглець або велика частина, знаходиться у вільному стані у вигляді графітних включень тієї чи іншої форми, називаються графитизированного.

Мікроскопічний аналіз білих чавунів проводять, використовуючи діаграму стану Fe - Fe3С (рисунок 7.3). Через присутність великої кількості цементиту білий чавун має високу твердість (HB = 4500 - 5500 МПа), крихкий і практично не піддасться обробці різанням. Тому білий чавун має обмежене застосування, як конструкційний матеріал.

Звичайною структурної складової білих чавунів є ледебурит. ледебуріта називають суміш аустеніту і цементиту, що утворюється по евтектичною реакції при переохолодженні рідини складу точки С (4,3% вуглецю) нижче температури 1147 ° C.

Чавун, що містить 4,3% з (точка С), називається білим евтектичним чавуном. Лівіше точки С знаходяться доевтектичні, а правіше - заевтектичних білі чавуни. У доевтектичних білих чавунах з рідкої фази кристалізується аустеніт, потім евтектика - ледебурит.

При охолодженні чавуну в інтервалі температур від 1147 ° С до 727 ° Саустеніт збіднюється вуглецем, його склад змінюється по лінії ЕS і виділяється вторинний цементит. При невеликому переохолодженні нижче 727 ° Саутеніт складу точки S по евтектоїдной реакції розпадається на перліт (Ф + Ц)

Вторинний цементит, що виділяється по межах зерен аустеніту, зливається з цементитом ледебуріта. Під мікроскопом важко розрізнити включення вторинного цементиту.

Таким чином, при кімнатній температурі в доевтектичних білих чавунах знаходяться три структурні складові - перліт, ледебурит і вторинний цементит (рисунок 7.4).

Рисунок 7.3. Структурна діаграма стану системи залізо-цементит (в спрощеному вигляді)

Рисунок 7.4 - Мікроструктура білих чавунів

(Зліва схематичне зображення):
а) доевтектичний; б) евтектичних; в) заевтектичних

Евтектичних білий чавун при кімнатній температурі складається з однієї структурної складової - ледебуріта. Останній, в свою чергу, складається з перліту і цементиту і називається ледебуріта перетвореним.

У заевтектичних білих чавунах з рідини кристалізується первинний цементит у вигляді плоских голок, потім утворюється ледебурит.

При кімнатній температурі еаевтектіческій білий чавун містить дві структурні складові: первинний цементит і ледебурит. Фазовий склад білих чавунів при кімнатній температурі такий же, як в вуглецевих сталях в рівноважному стані, всі вони складаються з фериту і цементиту.

Залежно від форми графітних включень розрізняють сірі, високоміцні, ковкі чавуни і чавуни з вермікулярним графітом.

сірі чавуни отримують при меншій швидкості охолодження виливків, ніж білі. Вони містять 1 - 3%Si - Володіє сильним графітізірующего дією.

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні. Він добре обробляється ріжучим інструментом. З нього виробляють станини верстатів, блоки циліндрів, фундаментні рами, циліндрові втулки, поршні і т. Д.

Сірі чавуни маркуються буквами СЧ і далі йде величина межі міцності на розрив (в кгс / мм2), наприклад СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).

Графіт в сірому чавуні спостерігається у вигляді темних включенні на світлому тлі нетравленний шлифа. За нетравленний шліфують оцінюють форму і дисперсність графіту, від яких у великій мірі залежать механічні властивості сірого чавуну.

Сірі чавуни підрозділяють по мікроструктурі металевої основи в залежності від повноти графітизації. Ступінь або повноту графітизації оцінюють за кількістю вільно виділився (незв'язаного) вуглецю.

Якщо графитизация в твердому стані пройшла повністю, то чавун містить дві структурні складові - графіт і ферит. Такий сплав називається сірим чавуном на ферритной основі. Якщо ж евтектоїдний розпад аустеніту пройшов відповідно до метастабільною системою то структура чавуну складається з графіту і перліту. Такий сплав називають сірим чавуном на перлитной основі. Нарешті, можливий проміжний варіант, коли аустеніт частково розпадається по евтектоїдной реакції на ферит і графіт, а частково з утворенням перліту. В цьому випадку чавун містить три структурні - графіт, ферит і перліт. Такий сплав називають сірим чавуном на ферито-перлітною основі.

Ферит і перліт в металевій основі чавуну мають ті ж мікроструктурні ознаки, що і в сталях. Сірі чавуни містять підвищену кількість фосфору, що збільшує текучість і дає потрійну евтектику.

високоміцний чавун з кулястим графітом отримують модифицированием сірого чавуну лужно-земельними елементами. Найчастіше для цього використовують магній, вводячи його в рідкий розплав в кількості 0,02 - 0,03%. Під дією магнію графіт кристалізується в кулястої формі. Кулясті включення графіту в металевій матриці не є такими сильними концентраторами напружень, як пластинки графіту в сірому чавуні. Чавуни з кулястим графітом мають більш високі механічні властивості, які не поступаються литий вуглецевої сталі.

Маркують високо-випробувальний чавун літерами ВЧ і далі йдуть величини межі міцності на розрив (в кгс / мм2) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (ГОСТ 7293-85). Так само, як і сірі чавуни, вони поділяються за микроструктуре металевої основи в залежності від повноти графітизації і бувають на ферритной, ферито-перлітною, перлітною засадах. Високоміцний чавун використовується в багатьох областях техніки замість литий і кованої сталі, сірого і ковкого чавунів.

ковкий чавун отримують шляхом відпалу виливків з білого чавуну. Отримання ковкого чавуну засноване на тому, що замість нестійкого цементиту білого чавуну при підвищених температурах утворюється графіт відпалу білого чавуну. Дрібні вироби складної конфігурації, відлиті з білого чавуну, отжигают (отримують ковкий чавун) для додання достатньої пластичності, необхідної при їх використанні в роботі. Ковкий чавун маркують буквами КЧ і далі йдуть величини межі міцності на розрив (в кгс / мм2) і відносного подовження (в%), наприклад, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (ГОСТ 1215-79).

Графитизация йде шляхом розчинення метастабільного цементиту в аустеніт і одночасного виділення з аустеніту більш стабільного графіту. Залежно від графитизации зустрічаються ті ж три основні типи структур, що і в сірому чавуні з пластинчастим графітом: ковкие чавуни на ферритной, ферито-перлітною і перлітною засадах. Від сірих (ливарних) чавунів ковкі чавуни відрізняються по мікроструктурі тільки формою графіту.

Якщо на шліфах сірих чавунів графіт має форму звивистих прожилок, то в ковких чавунах графіт, званий вуглецем відпалу, знаходиться в формі більш компактних хлопьевідний включенні з рваними краями. Більш компактна форма графіту забезпечує підвищення механічних властивостей ковкого чавуну в порівнянні з сірим чавуном з пластинчастим графітом. Володіючи механічними властивостями, близькими до литої сталі і високоміцного чавуну, високим опором ударним навантаженням, зносостійкість, оброблюваністю різанням, ковкий чавун знаходить своє застосування в багатьох галузях промисловості. З нього виготовляють поршні, шестерні, шатуни, скоби та ін.

Чавуни з вермікулярним графітом отримують як і високоміцні чавуни модифікування, тільки в розплав при цьому вводиться меншу кількість Сфероідізірующій металів. Маркують чавуни з вермікулярним графітом літерами ЧВГ і далі йде цифра, що позначає величину межі міцності на розрив (кгс / мм2), наприклад, ЧВГ З0, ЧВГ 45 (ГОСТ 28394-89). Вермикулярний графіт подібно пластинчастому графіту видно на металографічному шлифе в формі прожилок, але вони меншого розміру, потовщені, з округлими краями. Мікроструктура металевої основи ЧВГ також як у інших графітизованих чавунів може бути феритної, перлитной і ферито-перлітною.

За механічними властивостями чавуни з вермікулярним графітом перевершують сірі чавуни і близькі до високоміцних чавунів, а демпфуюча здатність і теплофізичні властивості ЧВГ вище, ніж у високоміцних чавунів. Чавуни з вермікулярним графітом більш технологічні, ніж високоміцні і змагаються з сірими чавунами. Для них характерні висока текучість, різанням, мала усадка. Чавуни з вермікулярньм графітом широко використовуються в світовому і вітчизняному автомобілебудуванні, тракторобудуванні, суднобудуванні, дизелебудуванні, енергетичному і металургійному машинобудуванні для деталей, що працюють при значних механічних навантаженнях в умовах зносу,

 




Вимірювання твердості вдавленням сталевої кульки | Вимірювання твердості вдавленням алмазного конуса або сталевої кульки (метод Роквелла) | Порядок виконання роботи | Звіт з лабораторної роботи №3 | Короткі теоретичні відомості | Порядок виконання роботи | Короткі теоретичні відомості | Порядок виконання роботи | Звіт з лабораторної роботи №5 | Короткі теоретичні відомості |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати