Структура и свойства различных типов серых и белых чугунов

Цель работы: изучение структуры и свойств различных типов серых и белых чугунов.

Теория

Чугун – сплав железа с углеродом, находящегося в количестве от 2,14 до 6,67%. Чугун содержит примесей, в первую очередь фосфор и серу, в несколько больших количествах, чем сталь.

Чугуны делят на две основные группы – белые  серые

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии, в виде химического соединения – цементита (карбид железа – Fe3C). Это твердая и хрупкая фаза, поэтому белые чугуны обладают высокой износостойкостью, плохо обрабатываются режущим инструментом, хрупки. Микроструктура белых чугунов, в зависимости от содержания углерода и температуры, определяется диаграммой состояния Fe – C

Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит[pic 1]

Кроме того, образование графита возможно при нагреве цементита (Ц – неустойчивое соединение) с образованием А + Г или Ф + Г. Е'С'F‘ (1153°) – линия фазового равновесия L = А + Г. P'S'K‘ (738°) - линия фазового равновесия А = Ф + Г. При определенных кинетических условиях и диффузионных процессах при охлаждении вместо цементита образуется графит (Г). Диаграмма Fe – C называется стабильной, а Fe – Ц – метастабильной в зависимости от времени охлождения.  Образование графита из жидкости или аустенита происходит в узком интервале температур между линиями стабильной и метастабильной диаграмм то есть в условиях малых переохлаждений и, следовательно при малых скоростях охлаждения. Стабильная диаграмма соответствует образованию серых чугунов, а метастабильная – белых чугунов.

Белые чугуны делятся на 3 типа: 1) заэвтектический 2,14-4,3 % С в составе перлит, цементит, ледебурит, 2) эвтектический 4,3 % С в составе ледебурит, 3) послеэвтектический 4,3-6,67 % С в составе ледебурит и цементит первичный. Изображение этих структур на рисунках 2, 3, 4.

[pic 2]

Рисунок 2 - Доэвтектический белый чугун

[pic 3]

Рисунок 3 - Эвтектический белый чугун

[pic 4]

Рисунок 3 – Заэвтектический белый чугун

Серые чууны характеризуются при получении медленной скоростью охлаждения и повышенным содержания кремния.

Классификация в зависимости от металлической основы:

1. Перлит
2. Перит и феррит
3. Феррит

Классификация по форме графита:

1. Пластинчатый
2. Вермикулярный
3. Шаровидный
4. Хлопьевидная

Изображения структуры в соответствии с данной классификацией на рисунках 5,6,7,8.

[pic 5]

Рисунок 5 - Серый чугун с пластинчатым графитом, маркировка СЧ, металлическая основа – феррит

[pic 6]

Рисунок 6 – Ковкий чугун хлопьевидной формы, маркировка КЧ, металлическая основа – феррит

[pic 7]

Рисунок 7 – Высокопрочный чугун шаровидной формы, маркировка ВЧ, металлическая основа – феррит

[pic 8]

Рисунок 8 –Чугун вермикулярной формы, маркировка ЧВГ, металлическая основа – феррит