Головна

Властивості і застосування чавунів.

  1.  IV. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ КУЛЬТУР
  2.  V11. Білки і їх біологічні властивості.
  3.  Автономні системи і властивості їх рішень.
  4.  Агрегатні форми загальних індексів і їх властивості
  5.  Аддитивное і однорідні властивості визначеного інтеграла Рімана.
  6.  Алгебраїчні властивості векторного добутку
  7.  Алмази. Їх властивості і застосування. Промислово-генетичні типи родовищ.

Лекція 6.

6.1. Різновиди чавунів.

Сплави заліза з вуглецем, що містять більше 2,14% С, називаються чавунами. На відміну від стали чавуни мають більш високий вміст вуглецю, закінчують кристалізацію утворенням евтектики, мають низьку здатність до пластичної деформації і високими ливарними властивостями. Їх технологічні властивості обумовлені наявністю евтектики в структурі.

Чавуни виплавляють в доменних печах, вагранках і електропечах. Виплавлюваної в доменних печах чавуни бувають передільними, спеціальними і ливарними. Переробні та спеціальні чавуни використовують для подальшої виплавки сталі і чавуну. У вагранках і електропечах переплавляють ливарні чавуни. Близько 20% всього виплавленого чавуну використовують для виготовлення лиття. У ливарному чавуні зазвичай міститься не більше 4,0% С. Крім вуглецю обов'язково присутні домішки S, P, Mn, Si, причому в значно більшій кількості, ніж в стали.

Залежно від форми виділення вуглецю розрізняють наступні види чавунів.

1. Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe3C. Чавун в зламі має білий колір і характерний блиск.

2. Половина чавун, в якому основна кількість вуглецю (більше 0,8%) знаходиться у вигляді цементиту. Чавун має структуру перліту, ледебуріта і пластинчастого графіту.

3. Сірий чавун, в якому весь вуглець або його велика частина знаходиться у вільному стані у вигляді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю в зв'язаному стані у вигляді цементиту становить не більше 0,8%.

4. Чавун з вибіленої поверхнею, в якому основна маса металу має структуру сірого чавуну, а поверхневий шар - білого чавуну. Вибілений шар отримують в товстостінних масивних деталях при литті їх в металеві форми. У міру віддалення від поверхні внаслідок зменшення швидкості охолодження структура білого чавуну поступово переходить в структуру сірого. Чавун поверхневого шару в мікроструктурі містить багато твердого та крихкого цементиту, який добре пручається зношування. Тому чавуни з вибіленої поверхнею використовуються для деталей з високою зносостійкістю, для валків прокатних станів, вагонних коліс з вибіленим ободом, лемеші плугів з вибіленим носком і лезом.

5. високоміцні чавуни, в яких графіт має кулясту форму.

6. ковкого чавуну, в яких вуглець перебуває у вигляді пластівчастого графіту, виходять з білих чавунів шляхом відпалу.

6.2 Процес графітизації чавунів.Графітизацією називається процес виділення графіту при кристалізації або охолодження сплавів заліза з вуглецем. Графіт може утворюватися як з рідкої фази при затвердінні чавуну, так і з твердою. Утворення графіту ілюструє діаграма стану Fe-C. Нижче лінії C'D 'утворюється первинний графіт, по лінії Е'С'F' - евтектичних графіт і по лінії P'S'K '- евтектоїдний графіт.

Графитизация чавуну залежить від ряду факторів. До них відносяться присутність в чавуні центрів графітизації, швидкість охолодження і хімічний склад чавуну.

Утворення графіту в затверділому чавуні енергетично мало ймовірно, так як зростання вільної енергії при утворенні нової міжфазної поверхні більше, чим її зменшення при кристалізації. Робота освіти зародків графіту полегшується при наявності центрів графітизації - різних дрібних включень і домішок, зважених в рідкої фазі і аустените. Такі частинки можуть складатися з оксидів Al2O3, SiO2, Нітридів типу AlN або являти собою розчинилися частки графіту. Параметри кристалічної решітки центрів графітизації повинні бути близькі до параметрів кристалічної решітки графіту.

-2-

Вплив швидкості охолодження обумовлено тим, що графитизация чавуну є дифузійним процесом і протікає повільно. Значна тривалість процесу графітизації обумовлена ??необхідністю реалізації декількох стадій: утворення центрів графітизації в рідкій фазі або аустените, дифузії атомів вуглецю до центрів графітизації і зростання виділень графіту. При графитизации цементиту додається необхідність попереднього розпаду цементиту і розчинення вуглецю в аустеніт. Чим повільніше охолодження чавуну, тим інтенсивніше розвивається процес графітизації.

В одній і тій же литві чавун може мати різну структуру. В тонких частинах виливки, де вище швидкість кристалізації і охолодження, чавун має меншу ступінь графітизації, ніж в масивних. Швидке охолодження сприяє отриманню білого чавуну, повільне - сірого чавуну. У деяких випадках для досягнення високої твердості і опору зносу спеціально отримують вибілену зону в чавунної литві.

З домішок, що входять до складу чавуну, найбільш сильний позитивний вплив на графітизацію надає кремній. Зміст кремнію в чавуні може становити від 0,5 до 4-5%. Змінюючи вміст кремнію, можна отримувати чавуни, абсолютно різні за структурою та властивостями. За наведеною на рис. 2 діаграмі можна прогнозувати структуру в залежності від вмісту вуглецю та кремнію, а також товщини виливки.

З інших елементів, що входять до складу чавуну, найбільш важливу роль грають марганець, сірка і фосфор. Марганець перешкоджає графітизації, збільшуючи схильність чавуну до відбілювання. Вміст марганцю в чавуні зазвичай не перевищує 0,5-1,0%.

Мал. 2. Структурні діаграми для чавунів:

а - вплив вмісту вуглецю і кремнію на структуру чавуну при товщині стінки виливки 50 мм; б - вплив швидкості охолодження (товщини стінки виливки) і суми З + Si на структуру чавуну; I - білі; II - сірі перлітні; III - сірі ферритні чавуни

Сірка - шкідлива домішка в чавуні. Її відбілюючий вплив в 5-6 разів вище, ніж марганцю. Крім того, сірка знижує жидкотекучесть, сприяє утворенню газових бульбашок, збільшує усадку і схильність до утворення тріщин.

Роль домішки фосфору в чавуні істотно відрізняється від дії, яке він надає в стали. Хоча фосфор майже не впливає на графітизацію, він є корисною домішкою, збільшуючи жидкотекучесть сірого чавуну за рахунок утворення легкоплавку (950-980?C) фосфідную евтектики.

Зазвичай використовують чавуни наступного хімічного складу,%: 3,0-3,7 С,

1-3 Si, 0,5-1,0 Mn, менш 0,3 Р і 0,15 S. Іноді в чавун вводять легуючі елементи (Ni, Cr та інші), покращуючи його властивості.

Таким чином, основними факторами, що визначають ступінь графітизації чавуну, є вміст вуглецю, кремнію і швидкість охолодження. Регулюючи хімічний склад і швидкість охолодження відповідно до діаграми на рис.2, б, можна отримати в литві потрібну структуру чавуну.

-3-

6.3. Мікроструктура і властивості чавуну.Мікроструктура чавуну складається з металевої основи і графітних включень. Властивості чавуну залежать від властивостей металевої основи і характеру включень графіту. Металева основа може бути перлитной, коли 0,8% С перебуває у вигляді цементиту, а решті вуглець - у вигляді графіту; ферріто-перлітною, коли кількість вуглецю у вигляді цементиту менше 0,8%, і ферритной. Структура металевої основи визначає твердість чавуну.

Графіт чавуну буває пластинчастим (сірий чавун), пластівчастим (ковкий чавун) і кулястим (високоміцний чавун). На рис.3 узагальнена класифікація чавуну за будовою металевої основи і формі графіту.

Мал. 3. Класифікація чавуну за структурою металевої основи і формі графітних включень (схеми структур)

Мікроструктура чавунів показана на ріс.4-7. У порівнянні з металевою основою графіт має низьку міцність. Тому місця його залягання можна вважати порушеннями

сплошности. Таким чином, чавун можна розглядати як сталь, пронизану включеннями графіту, що ослабляють його металеву основу. Тому сірий чавун має низькі показники механічних властивостей (?В, ?, ?) при випробуваннях на розтяг.

Мал. 4 Різні форми графіту в чавуні:

а - пластинчастий (сірий чавун); б - пластівчастий (ковкий чавун); в - кулястий (високо-випробувальний чавун)

-5-

Мал. 5. Мікроструктура сірих чавунів на ферритной (а); ферритно-перлітною (б) і перлитной (в) основи

Включення графіту грають роль концентраторів напружень, тому робота удару близька

до нуля. Разом з тим твердість і міцність при випробуваннях на стиск, що залежать від властивостей металевої основи, у чавуну досить високі.

Однак сірий чавун з пластинчастим формою графіту має ряд переваг. Він дозволяє отримувати дешеве лиття, так як при низькій вартості має гарну жидкотекучестью і малої усадкою. Включення графіту роблять стружку ламкою, тому чавун легко обробляються різанням. Завдяки змащувати дії графіту чавун володіє хорошими антифрикційними властивостями. Чавун має високі демпфуючі властивості, він добре гасить вібрації і резонансні коливання.

Сірий чавун маркується літерами СЧ і цифрами, що характеризують величину тимчасового опору при випробуваннях на розтяг. Марки і механічні властивості сірих чавунів, а також їх орієнтовний хімічний склад наведені в табл.1.

-6-

Мал. 7. Мікроструктура ковких чавунів на ферритной (а); ферритно-перлітною (б) і перлитной (в) основи.

У міру округлення графітних включень їх негативна роль як надрізів металевої основи знижується, і механічні властивості чавунів ростуть. Округлена форма графіту досягається модифицированием. Модифікатором служать SiCa, FeSi, Al, Mg.

При використанні в якості модифікатора магнію, що вводиться перед розливанням в кількості 0,5%, отримують високо-випробувальний чавун з кулястою формою включень графіту. Дія магнію пояснюють збільшенням поверхневого натягу графіту і освітою мікропухирців пара, в які дифундує вуглець.

Маркується високо-випробувальний чавун літерами ВЧ і цифрами, що характеризують величину тимчасового опору, наприклад ВЧ 35. Механічні властивості деяких високоміцних чавунів наведені в табл.2.

Таблиця 2

З високоміцних чавунів виготовляють відповідальні деталі: зубчасті колеса, колінчасті вали.

Назва ковкие чавуни умовно, вироби з них отримують литтям, і пластичної деформації вони не піддаються. Ковкий чавун отримують з білого шляхом графітізірующего відпалу (рис.8).

-7-

Мал. 8. Мікроструктура високоміцних чавунів на ферритной (а) і ферритно-перлітною (б) основи.

Графіт в ковкому чавуні має форму пластівців. Склад ковкого чавуну,%, досить стабільний: 2,2 -3,0С; 0,7-1,5Si, 0.2-0.6 Mn, 0.2 P, 0.1 S. Через низький вміст вуглецю ковкий чавун зазвичай виплавляють в електропечах. Після заповнення форм відливання швидко охолоджують і отримують структуру білого чавуну.

Потім виливки піддають тривалому відпалу (до 2 діб) - томлінню (рис. 9) оберігаючи їх від окислення пічними газами засипанням піском і ін.

Мал. 9 Схема відпалу білого чавуну на ковкий чавун.

В результаті відпалу структура складається з зерен фериту і перліту і пластівців графіту. Ковкий чавун маркують буквами КЧ і цифрами тимчасового опору і відносного подовження, наприклад, КЧ 35-10.

У табл.3 наведені марки, механічні властивості і хімічний склад деяких ковких чавунів. Виливки з ковких чавунів застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях (картери, редуктори, фланці, муфти).

6.4. Леговані чавуни.У промисловості широко застосовують леговані чавуни, які мають підвищену жаростійкістю, корозійну стійкість, зносостійкість.

-8-

Жаростійкість сірих чавунів може бути підвищена легированием кремнієм (чс5) і хромом (ЧХ28). Як жароміцних використовують аустенітні чавуни з кулястим графітом (ЧН19Х3Ш). Для підвищення жароміцності чавуни піддають відпалу при 1020-1050?C з охолодженням на повітрі і подальшого відпуску при 550-600?C.

Як корозійностійких застосовують чавуни, леговані кремнієм (ЧС13) і хромом (ЧХ22).

Букви в позначенні марок антифрикційних чавунів означають: АЧ -; З сірий чавун; В- високо-випробувальний чавун; К ковкий чавун, наприклад, АЧС-1. Твердість виливків з антифрикційних чавунів (100-290 НВ) залежить від вмісту легуючих елементів і

умов термообробки.

-9-

Питання до теми 8. Властивості і застосування чавунів.

1. Які сплави називають чавунами? Чим вони відрізняються від стали?

Сплави заліза з вуглецем, що містять більше 2,14% С, називаються чавунами. На відміну від стали чавуни мають більш високий вміст вуглецю, закінчують кристалізацію утворенням евтектики, мають низьку здатність до пластичної деформації і високими ливарними властивостями.

2. У яких печах виплавляють чавуни? Які особливості та сфери застосування чавунів, виплавлених в різних печах?

Чавуни виплавляють в доменних печах, вагранках і електропечах. Виплавлюваної в доменних печах чавуни бувають передільними, спеціальними і ливарними. Переробні та спеціальні чавуни використовують для подальшої виплавки сталі і чавуну. У вагранках і електропечах переплавляють ливарні чавуни. Близько 20% всього виплавленого чавуну використовують для виготовлення лиття. У ливарному чавуні зазвичай міститься не більше 4,0% С. Крім вуглецю обов'язково присутні домішки S, P, Mn, Si, причому в значно більшій кількості, ніж в стали.

3. Який чавун називають білим?

Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe3C. Чавун в зламі має білий колір і характерний блиск.

4. Який чавун називають сірим?

Сірий чавун, в якому весь вуглець або його велика частина знаходиться у вільному стані у вигляді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю в зв'язаному стані у вигляді цементиту становить не більше 0,8%.

5. Який чавун називається чавуном з вибіленої поверхнею? Як його отримують і де застосовують?

Чавун з вибіленої поверхнею, в якому основна маса металу має структуру сірого чавуну, а поверхневий шар - білого чавуну. Вибілений шар отримують в товстостінних масивних деталях при литті їх в металеві форми. У міру віддалення від поверхні внаслідок зменшення швидкості охолодження структура білого чавуну поступово переходить в структуру сірого. Чавун поверхневого шару в мікроструктурі містить багато твердого та крихкого цементиту, який добре пручається зношування. Тому чавуни з вибіленої поверхнею використовуються для деталей з високою зносостійкістю, для валків прокатних станів, вагонних коліс з вибіленим ободом, лемеші плугів з вибіленим носком і лезом.

6. Який чавун називають високоміцним?

Високоміцні чавуни, в яких графіт має кулясту форму.

7. Який чавун називають ковким?

Ковкі чавуни, в яких вуглець перебуває у вигляді пластівчастого графіту, виходять з білих чавунів шляхом відпалу.

8. Який процес називають графітизацією?

 Графітизацією називається процес виділення графіту при кристалізації або охолодження сплавів заліза з вуглецем. Графіт може утворюватися як з рідкої фази при затвердінні чавуну, так і з твердою. Утворення графіту ілюструє діаграма стану Fe-C. Нижче лінії C'D 'утворюється первинний графіт, по лінії Е'С'F' - евтектичних графіт і по лінії P'S'K '- евтектоїдний графіт (рис.1).

9. Від яких факторів залежить графитизация чавуну?

Графитизация чавуну залежить від ряду факторів: 1) присутності в чавуні центрів графітизації, 2) швидкості охолодження і 3) хімічного складу чавуну.

10. Поясніть вплив присутності центрів кристалізації?

Робота освіти зародків графіту полегшується при наявності центрів графітизації - різних дрібних включень і домішок, зважених в рідкої фазі і аустените. Такі частинки можуть складатися з оксидів Al2O3, SiO2, Нітридів типу AlN або являти собою розчинилися частки графіту. Параметри кристалічної решітки центрів графітизації повинні бути близькі до параметрів кристалічної решітки графіту.

11. Поясніть вплив швидкості охолодження?

Вплив швидкості охолодження обумовлено тим, що графитизация чавуну є дифузійним процесом і протікає повільно. Значна тривалість процесу графітизації обумовлена ??необхідністю реалізації декількох стадій: утворення центрів графітизації в рідкій фазі або аустените, дифузії атомів вуглецю до центрів графітизації і зростання виділень графіту. При графитизации цементиту додається необхідність попереднього розпаду цементиту і розчинення вуглецю в аустеніт. Чим повільніше охолодження чавуну, тим інтенсивніше розвивається процес графітизації.

В одній і тій же литві чавун може мати різну структуру. В тонких частинах виливки, де вище швидкість крісталлізацуіі і охолодження, чавун має меншу ступінь графітизації, ніж в масивних. Швидке охолодження сприяє отриманню білого чавуну, повільне - сірого чавуну. У деяких випадках для досягнення високої твердості і опору зносу спеціально отримують вибілену зону в чавунної литві.

12. Поясніть вплив хімічного складу?

З домішок, що входять до складу чавуну, найбільш сильний позитивний вплив на графітизацію надає кремній. Зміст кремнію в чавуні може становити від 0,5 до 4-5%. Змінюючи вміст кремнію, можна отримувати чавуни, абсолютно різні за структурою та властивостями. За наведеною на рис. 2 діаграмі можна прогнозувати структуру в залежності від вмісту вуглецю та кремнію, а також товщини виливки. Таким чином, основними факторами, що визначають ступінь графітизації чавуну, є вміст вуглецю, кремнію і швидкість охолодження. Регулюючи хімічний склад і швидкість охолодження відповідно до діаграми на рис.2, б, можна отримати в литві потрібну структуру чавуну.

13. Які фактори перешкоджають графитизации?

Найбільш важливу роль грають марганець, сірка і фосфор, а також висока швидкість охолодження. Марганець перешкоджає графітизації, збільшуючи схильність чавуну до відбілювання. Вміст марганцю в чавуні зазвичай не перевищує 0,5-1,0%.

Сірка - шкідлива домішка в чавуні. Її відбілюючий вплив в 5-6 разів вище, ніж марганцю. Крім того, сірка знижує жидкотекучесть, сприяє утворенню газових бульбашок, збільшує усадку і схильність до утворення тріщин.

14. Яка роль фосфору?

Роль домішки фосфору в чавуні істотно відрізняється від дії, яке він надає в стали. Хоча фосфор майже не впливає на графітизацію, він є корисною домішкою, збільшуючи жидкотекучесть сірого чавуну за рахунок утворення легкоплавку (950-980?C) фосфідную евтектики.

Зазвичай використовують чавуни наступного хімічного складу,%: 3,0-3,7 С,

1-3 Si, 0,5-1,0 Mn, менш 0,3 Р і 0,15 S. Іноді в чавун вводять легуючі елементи (Ni, Cr та інші), покращуючи його властивості.

15. Від яких факторів залежать властивості чавуну?

. Властивості чавуну залежать від властивостей металевої основи і характеру включень графіту. Структура металевої основи визначає твердість чавуну.

Який може бути основа чавуну?

Металева основа може бути перлитной, коли 0,8% С перебуває у вигляді цементиту, а решті вуглець - у вигляді графіту; ферріто-перлітною, коли кількість вуглецю у вигляді цементиту менше 0,8%, і ферритной.

15. Який може бути форма грфітових включень?

Графіт чавуну буває пластинчастим (сірий чавун), пластівчастим (ковкий чавун) і кулястим (високоміцний чавун). На рис.3 узагальнена класифікація чавуну за будовою металевої основи і формі графіту.

 Технічні характеристики джерел електроенергії |  Охарактеризуйте властивості ковкого чавуну, метод отримання та області застосування, маркування.

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати