В структуре сплавов, содержащих углерода больше 2% (чугуны), часто можно встретить, кроме зерен феррита и цементита, также и графитовые зерна.
Причиной образования графитовых зерен в сплавах, называемых чугунами, является, однако, не количество содержащегося в чугунах углерода, превосходящее предельное его содержание в твердом растворе с железом, а неустойчивость химического соединения Fe3C.
При 900—1200° цементит в значительном количестве разлагается на железо и углерод. Таким образом, можно считать систему Fe—С более устойчивой, чем систему Fe—Fe3C. Неустойчивость при высоких температурах системы Fe—Fe3C является и причиной трактовки диаграммы состояния сплавов железа с углеродом как диаграммы системы Fe—С, а не Fe—Fe3C. На диаграмме состояния сплавов железа с углеродом эта большая устойчивость системы железо — графит по сравнению с системой железо — цементит выражается наличием линий, лежащих несколько выше тех, которые характеризуют явления образования или исчезновения цементита.
Нa фиг. 1261 представлена диаграмма состояния сплавов железа с углеродом с нанесенными на ней пунктиром линиями графитной системы, имеющими следующее значение:
C'D' — линия выпадения первичного графита;
E'C'F' — линия затвердевания эвтектики (аустенит + графит);
E'S' — линия выпадения графита из аустенита;
P'S'К' — линия выпадения эвтектоида (феррит + графит).
Точке Е' соответствует температура 1135° и содержание углерода 1,3%; таким образом, максимальная растворимость свободного углерода в аустените составляет 1,3% и возможна при 1135°.
Точке С' соответствует содержание углерода 4,25%; следовательно, таково и содержание свободного углерода в эвтектике (аустенит + графит).
Точке S' соответствует температура 733° и содержание углерода 0,7%;следовательно, эвтектоид (феррит + графит) содержит 0,7% С и образуется при 733°.
Указанное на фиг. 126 положение линии графитной системы соответствует весьма медленному охлаждению сплавов. При ускоренном охлаждении критические точки графитной системы смещаются книзу и количество выделившегося графита уменьшается. Чем медленнее идет охлаждение, тем больше выделяется графита, чем быстрее идет охлаждение, тем меньше выделяется графита. Поэтому при быстром охлаждении получаются так называемые белые, почти не содержащие графита чугуны.
Присутствие различных примесей в сплаве железа с углеродом также оказывает влияние на выделение графита; так, кремний способствует выделению графита, а марганец препятствует этому. Поэтому богатые кремнием чугуны легко графитизируются и имеют серый излом, а марганцовистые чугуны могут совершенно не содержать свободного углерода и излом имеют белый.
В зависимости от структуры и количества разложившегося цементита чугуны делятся на классы:
Твердость чугуна понижается от I к V классу (приблизительно от 600 до 90 Нв).
Литейные и механические качества серых и белых чугунов различны.
Серые чугуны обладают высокими литейными качествами, так как дают малую усадку и хорошо заполняют форму. Причиной этого является образование графита после затвердевания чугуна, сопровождаемое некоторым увеличением объема последнего. При выпадении графита чугун хорошо прилегает к форме при общей небольшой, сравнительно, величине усадки; линейная усадка литейного чугуна составляет около 1 %. Вследствие наличия в структуре серых чугунов мягких зерен графита чугуны эти легко поддаются обработке резцом и имеют малую прочность при растяжении и изгибе.
Белые чугуны имеют низкие литейные качества: линейная усадка их составляет около 2%.
Вследствие весьма высокой твердости цементита белые чугуны можно обрабатывать резцом с большим трудом.
На фиг. 127 дана микрофотография структуры доэвтектического чугуна, содержащего 3% С ; на ней видны группы темных округлых очертаний, представляющие собой сечения распавшихся дендритов аустенита (перлит), между ними ледебурит. На фиг. 128 дана микроструктура эвтектического чугуна; на ней видны равномерно распределенные темные участки распавшегося аустенита (перлит) и между ними светлые участки цементита. На фиг. 129 видна микроструктура заэвтектического чугуна, содержащего 4,9% С; на ней видны белые иглы цементита и между ними ледебурит. На фиг. 130 представлена микроструктура серого чугуна с высоким содержанием графита (структура перлит + феррит + графит).
На фиг. 131 показано влияние скорости охлаждения на выделение графита; здесь дан разрез закаленного при отливке в металлическую форму чугуна.
На нижней части фигуры виден белый чугун; верхняя зона представляет нормальную микроструктуру серого чугуна.
Примесь серы понижает и литейные и механические качества чугуна, который приобретает густоплавкость (вследствие чего плохо заполняет формы) и красноломкость.
Примесь фосфора повышает литейные качества серого чугуна, сообщая ему жидкоплавкость; вследствие этого фосфористый чугун хорошо заполняет все очертания формы; на механические качества чугуна фосфор действует отрицательно, сообщая ему хрупкость.
В структурном отношении серый литейный чугун можно рассматривать как сталь с вкрапленными в нее зернами графита. При нагреве серого чугуна происходит растворение графита в аустените, и количество растворившегося графита будет тем больше, чем медленнее вели нагрев. По мере увеличения количества углерода, растворенного в стали (до 1,7%), температура плавления ее понижается. Отсюда следует, что температура плавления серого чугуна определенного химического состава не является постоянной, но может меняться в зависимости от скорости, с какой производят нагрев, уменьшаясь с уменьшением этой скорости.
Изделия, изготовленные отливкой из чугуна, хрупки и вследствие этого их нельзя обрабатывать давлением. Чтобы придать отливкам из чугуна пластичность и совместить в них, таким образом, дешевизну изготовления, свойственную литым изделиям, с прочностью, присущей отливкам из стали, изделия из белого чугуна подвергают особой термической обработке.
Эта обработка основана на отмеченном выше свойстве цементита, являющегося составной частью всех сплавов железа с углеродом, при температуре, близкой к 1000°, распадаться на железо и углерод. Освобождающийся при этом углерод, называемый углеродом отжига, образует весьма мелкие не связанные между собой зерна. Между зернами другой составляющей сплава, т. е. между металлическими зернами, при этом получается непрерывная связь; последнее и является причиной близости механических свойств чугуна, подвергнутого такой обработке, к механическим свойствам стали.
Чугун, подвергнутый томлению, вследствие чего цементит его распадается на железо и углерод, называется ковким, так как делается значительно более пластичным, чем обыкновенный чугун — серый или белый.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com