- •3.2. Опорный конспект Введение
- •Тема 2.2. Упрочняющая термическая обработка сталей (влияние структурных превращений при закалке и отпуске на свойства
- •Тема 2.3. Влияние легирование на структуру и свойства сталей
- •Раздел 1. Строение и свойства металлических сплавов
- •Тема 1.1. Механические свойства металлов и принципы их определения
- •Тема 1.2. Кристаллическое строение и свойства металлов
- •1.2.2. Дефекты кристаллической решетки (реальное строение кристаллов)
- •Тема 1.3. Строение металлических сплавов
- •Раздел 2. Влияние химического состава и термической обработки на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов
- •2.1.1. Диаграмма состояния «Железо-цементит». Формирование равновесной структуры углеродистых сталей
- •Тема 2.1. Стали и чугуны (влияние химического состава на структуру и свойства)
- •Успеха!
- •Раздел 1. Строение и свойства металлических сплавов
- •Тема 1.1. Механические свойства металлов1 и принципы их определения
- •Внимание!
- •Тема 1.2. Кристаллическое строение и свойства металлов
- •1.2.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2.2. Дефекты кристаллической решетки
- •1.2.3. Влияние дефектов решетки на механические свойства кристаллов. Пути повышения прочности металлов
- •Внимание!
- •Тема 1.3. Строение металлических сплавов
- •Внимание!
- •Тема 1.3 – небольшая по объему и достаточно простая для восприятия, однако она содержит ряд новых понятий, для усвоения которых требуются определенные усилия, поэтому…
- •Раздел 2. Влияние химического состава и термической обработки на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов
- •Тема 2.1. Стали и чугуны (влияние химического состава на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов)
- •2.1.1. Диаграмма состояния «железо–цементит». Формирование равновесной структуры углеродистых сталей
- •Формирование равновесной2 структуры углеродистых3 сталей в процессе кристаллизации
- •2.1.2. Зависимость механических свойств железоуглеродистых сплавов от содержания углерода
- •2.1.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •2.1.4. Структура и свойства чугунов
- •Классификация, маркировка и механические свойства различных видов серых чугунов
- •Внимание!
- •Тема 2.2. Упрочняющая термическая обработка
- •2.2.1. Закалка ( превращения в стали при охлаждении)
- •2.2.2. Отпуск (превращения в закаленной стали при нагреве)
- •Внимание!
- •Тема 2.3. Влияние легирования на структуру и свойства сталей
- •2.3.1. Классификация легированных сталей по структуре
- •Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа (классификация сталей по равновесной структуре)
- •2.3.1.2. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита и температуру мартенситного превращения (классификация сталей по структуре нормализации)
- •2.3.2. Влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки и прокаливаемость стали
- •2.3.3. Классификация по назначению и маркировка легированных сталей
- •Внимание!
- •Заключение
- •Ответы на промежуточные тесты
2.1.4. Структура и свойства чугунов
Сплавы, содержащие 2,14 %С (правее т. Е на диаграмме «железо-цементит», см. рис. 2..1), называются чугунами.
Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой Fe-Ц, называются белыми (из-за светлого оттенка излома, обусловленного большим количеством цементита в структуре). Из диаграммы Fe-Ц следует, что затвердевание этих сплавов происходит при Т 1147 оС непосредственно ниже линии солидус ЕCF в результате превращения
охл
Жс АЕ + Ц. (2.3)
Такое превращение (затвердевание жидкой фазы в смесь двух твердых при фиксированном составе фаз и постоянной температуре) называется эвтектическим1, а образующаяся смесь кристаллов – эвтектикой (греч. – «легко плавящаяся» – из диаграммы Fe-Ц видно, что чугуны имеют наименьшую температуру плавления среди железоуглеродистых сплавов).
Эвтектика в белых чугунах называется ледебуритом (по фамилии исследователя – Ледебура). В момент образования (см. (2.3)) она состоит из аустенита и цементита, но при Т 727 оС аустенит превращается в перлит (напомним, что РSК – линия эвтектоидного – перлитного превращения, см. (2.1)). Поэтому при нормальных температурах ледебурит (Л) – сложная структурная составляющая; представляет собой светлую цементитную основу с темными включениями перлитных зерен.
По структуре белые чугуны делятся на доэвтектические (2,14…4,3 %С) со структурой Л+П+Ц, эвтектические (4,3 %С) – Л и заэвтектические (4,3…6,67 %С) – Л+Ц.
Наличие легкоплавкой эвтектики (ледебурита) в белых чугунах обеспечивает их высокие литейные свойства.
Механические же свойства этих сплавов можно оценить, экстраполировав зависимости, показанные на рис. 2.1.3, на содержание углерода 2,14 %.
Видно, что белые чугуны обладают очень высокой твердостью, но низкими значениями пластичности, ударной вязкости и прочности, что является следствием большого количества цементита в структуре (о свойствах Ц – в разделе 2.1.1). Поэтому белые чугуны как конструкционные материалы не используются.
На практике в качестве дешевых литейных конструкционных материалов широко применяются серые чугуны.
Принципиальное отличие структуры серых чугунов от белых в том, что углерод в них находится не в химически связанном состоянии (т.е. в виде Fe3C – цементита), а в свободном – в виде включений графита1 различной формы.
Уровень механических свойств серых чугунов зависит от двух основных структурных факторов:
1) формы (и количества) графитных включений,
2) структуры металлической основы.
По первому признаку эти сплавы делятся:
1) на собственно серые чугуны (СЧ), в которых графит имеет форму длинных заостренных пластин. Разновидностью этих чугунов являются модифицированные СЧ, в которых пластинки графита мелкие и имеют завихренную форму;
2) высокопрочные чугуны (ВЧ) с шаровидным (глобулярным) графитом;
3) ковкие чугуны (КЧ) с хлопьевидным графитом.
Структура металлической основы любого из этих чугунов может быть одного из трех видов: феррит (Ф), феррит+перлит (Ф+П) и перлит (П).
В табл. 2.1 в качестве примера приведены некоторые марки и механические свойства различных видов серых чугунов.
Таблица 2.1