Рекомендуемый библиографический список

1.Геллер Ю.А. ,Рахштадт А.Г. Материаловедение, М., Металургия.1980. 447с.

2.Лахтин Ю.М. ,Леонтьев В.П .Материаловедение, .М.,Машиностроение,1980,405с

3.Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов.М.Машиностроение, 1981, 173с.

4.Паисов И.В. Пособие к лабораторным работам по материаловедению и термический обработки металлов,М.,Металлургия, 1968, 95с.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Естественнонаучный факультет

Кафедра «Физика металлов и материаловедение»

Методические указания к лабораторной работе №6

«Структура белых и серых чугунов»

по дисциплине

Фазовые равновесия и структурообразование

Направление подготовки: 150100 Материаловедение и технологии материалов

Профили подготовки: Материаловедение и технология новых материалов.

Физическое материаловедение.

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены _______________________________________ и обсуждены на заседании кафедры ФММ факультета ЕН

протокол № 7 от «2» февраля 2012г.

Зав. кафедрой Г.В. Маркова

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и обсуждены на заседании кафедры ФММ факультета ЕН

протокол № ___ от «___» __________ 20___г.

Зав. кафедрой Г.В. Маркова

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить микроструктуры: серых и белых чугунов в нетравленом и травленом виде.

2. Схематически зарисовать и описать изучаемые структуры.

3. Составить отчет по работе.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Микроструктура белых чугунов

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоя­нии, т. е. в виде цементита. Белый чугун в зависимости от содер­жания углерода разделяется на доэвтектический (от 2,14 до 4,3%С), эвтектический (4,3% С) и заэвтектический (от 4,3 до 6,67% С). Во всех белых чугунах имеется цементитная эвтектика (леде­бурит). Эвтектический белый чугун состоит только из одного леде­бурита, поэтому рассмотрение структуры белого чугуна целесооб­разно начинать со структуры эвтектического белого чугуна.

Микроструктура эвтектического белого чугуна. Микрострук­тура эвтектического белого чугуна состоит только из одного леде­бурита (цементитной эвтектики), образующегося при 1147° С при эвтектической кристаллизации жидкого сплава с содержанием 4,3% С и состоящего (при 1147° С) из эвтектического цементита и аустенита, содержащего 2,14% С (точка Е на диаграмме железо— цементит). При последующем охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SE на диаграмме железо—цементит, рис. 1) из аустенита выделяется (как и в заэвтектоидных сталях) вторичный цементит. Вторичный це­ментит сливается с цементитом эвтектическим, поэтому в струк­туре эвтектики невозможно указать, где находится в отдельности эвтектический цементит и вторичный цементит.

При 727° С эвтектика состоит из цементита (эвтектического и вторичного) и аустенита с содержанием 0,8% С. При этой тем­пературе аустенит превращается в перлит. Таким образом, после полного охлаждения ледебурит (цементитная эвтектика) состоит из цементита и перлита (рис. 2).

Микроструктура доэвтектического белого чугуна. Доэвтектический белый чугун после полного охлаждения имеет следующую структуру: ледебурит (цементитная эвтектика) + перлит + вто­ричный цементит. Вторичный цементит выделяется из аустенита, содержащего при 1147°С— 2,14% С, а при 727° С —0,8% С.

Рис. 1. Правая часть диа­граммы состояния Рис. 2. Эвтектический белый чугун

железо —це­ментит

В белых чугунах с низким содержанием углерода (близким к 2,14%) вторичный цементит выявляется достаточно отчетливо, так как в таких чугунах мало ледебурита.

С увеличением содержания углерода, когда ледебурита становится относительно много, вторичный цементит в структуре сливается с цементитом ледебу­рита (эвтектическим). Можно считать, что структура таких доэвтектических белых чугунов состоит из ледебурита (цементитной эвтектики) и перлита. На рис. 3 дана микроструктура доэвтектического белого чугуна.

Микроструктура заэвтектического белого чугуна. Микрострук­тура заэвтектического белого чугуна состоит из ледебурита (цемен­титной эвтектики) и первичного цементита (рис. 4).

Рис. 3. Доэвтектический Рис. 4 Заэвтектический белый чугун —

белый чугун—перлит и ледебурит цементит первичный и ле­дебурит (х500)

(х500)

Микроструктура серых чугунов

Микроструктура серых чугунов При рас­смотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа серого чугуна хорошо видны включения пластинчатого графита (рис. 5).На величину и расположение включений графита влияют скорость охлаждения, температура и время выдержки расплавленного чугуна перед отливкой, химический состав чугуна, введение в чугун некоторых примесей (модификаторов). Например, скорость охлаждения влияет таким образом, что при прочих равных усло­виях графит образуется тем крупнее, чем медленнее охлаждение.

Рис. 5. Включения пластинчатого графита. Шлифы нетравленые (х100):

а — прямолинейные; б — завихренные; в — розеточные; г — междендритные

Рис. 6. Ферритный серый Рис. 7 Феррито-перлитный Рис. 8 Перлитный серый чу­гун —

чу­гун — феррит и пластин- серый чугун — феррит + перлит и пластинчатый гра­фит чатый графит перлит+пластинчатый графит

Чем больше перегрев жидкого чугуна и чем дольше время вы­держки при этом, тем мельче получаются графитные включения.

После трав­ления в 2—4%-ном спиртовом растворе азотной кислоты металлическая основа в серых чугунах очень сходна с микроструктурой сталей и в зависимости от количества связанного углерода может быть ферритной, феррито-перлитной и перлитной.

Таким образом, возможны следующие типы структур серых чугунов: феррит + пластинчатый графит — ферритный серый чу­гун (рис. 6); феррит + перлит + пластинчатый графит — феррито-перлитный серый чугун (рис. 7) (соотношение количества феррита и перлита в структуре чугуна может быть различ­ным, в зависимости от химического состава и условий охлажде­ния); перлит + пластинчатый графит — перлитный серый чугун (рис. 8).

Микроструктура высокопрочных чугунов

При рассмотрении в микроскоп не­травленого микрошлифа высоко­прочного чугуна хорошо видны включения шаровидного графита (рис. 9).

Рис. 9. Высокопрочный чугун—включения шаровидного графита, шлиф нетравлен (х100)

Травление микрошлифа высокопрочного чугуна производят 2—4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты.

Рис. 10 Высокопрочный чугун (х100)

а — феррит и шаровидный гра­фит; б — феррит + перлит + шаровидный графит; в — пер­лит и шаровидный графит

В высокопрочных чугунах могут быть те же типы структур, которые были указаны для серых чугунов, но графит в этих чугунах шаровидный. Таким образом, возможны следующие типы микроструктуры высокопрочных чугунов: феррит + шаровидный графит — ферритный высокопрочный чугун (рис. 10, а); фер­рит + перлит + шаровидный графит — феррито-перлитный высо­копрочный чугун (рис. 10, б) (соотношение между количеством феррита и перлита в высокопрочном чугуне может быть различным в зависимости от химического состава и условий охлаждения); перлит + шаровидный графит — перлитный высокопрочный чу­гун (рис. 10, в).

Микроструктура ковких чугунов При рас­смотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевидного графита (углерода от­жига) (рис. 11).Микрошлиф ковкого чугуна травят 2—4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты.

Металлическая основа ковкого чугуна может быть ферритной, феррито-перлит­ный и перлитной. В соответствии с этим различают ферритный, феррито-перлит­ный и перлитный ковкий чугун (рис. 12). При рас­смотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевидного графита (углерода от­жига) (рис. 11).После травления металлическая основа ковкого чугуна может быть ферритной, феррито-перлит­ный и перлитной. В соответствии с этим различают ферритный, феррито-перлит­ный и перлитный ковкий чугун (рис. 12).

Рис. 11. Ковкий чугун — включения хлопьевидного графита (углерода отжига), шлиф нетравлен (х100)

Рис. 12. Ковкий чугун:а — феррит и углерод отжига; б — феррит + перлит + угле­род отжига (х200); в — перлит и углерод отжига (х300)

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Просмотреть и изучить микроструктуры различных чугунов

2. Каждую микроструктуру зарисовать .

3. Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования сплава, его химического состава, наименования структуры и увеличения.

4. На каждой зарисованной микро­структуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок, на полях, написать их наименование.

5. Изобразить диаграмму состояния железо—цементит, провести на ней верти­кальные линии, соответствующие рассма­триваемым сплавам, и дать описание процессов превращений, происходящих при охлаждении.

ВЫВОДЫ:

_____________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие сплавы называются чугунами?

2.Что представляет собой металлическая основа у серых чугунов ? Какую роль в формировании свойств она играет?

3.Дайте характеристику структурной составляющей- ледебурит

4.Как изменяется структура белого чугуна при увеличении в нем количества углерода?

5.В чем отличие белых и серых чугунов?

6.Какие чугуны называют ковкими ? Какова их структура?

7. Какие чугуны называют высокопрочными ? Какова их структура?

8. Какие чугуны называют обычными серыми? Какова их структура?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Геллер Ю.А. ,Рахштадт А.Г. Материаловедение, М., Металургия.1980. 447с.

2.Лахтин Ю.М. ,Леонтьев В.П .Материаловедение, .М.,Машиностроение,1980,405с

3.Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов.М.Машиностроение, 1981, 173с.

4.Паисов И.В. Пособие к лабораторным работам по материаловедению и термический обработки металлов,М.,Металлургия, 1968, 95с.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Естественнонаучный факультет

Кафедра «Физика металлов и материаловедение»