3. Перлитный серый чугун, структура - перлит и пластинчатый графит. В этом чугуне 0,7-0,8%С находится в виде Fe3C, входящего в состав перлита.
4. Ферритно-перлитный серый чугун, структура - перлит, феррит и пластинчатый графит. В этом чугуне в зависимости от степени распада эвтектоидного цементита в связанном состоянии находится от 0,7 до 0,1%С.
5. Ферритный серый чугун, структура - феррит и пластинчатый графит. В этом случае весь углерод находится в виде графита.
Механические свойства чугуна обусловлены его структурой, главным образом графитной составляющей. Чем меньше графитных включений, чем они мельче, тем выше прочность чугуна. Чугун с большим количеством прямолинейных крупных графитных выделений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый излом и низкие механические свойства. Чугун с мелкими и завихренными графитными выделениями обладает более высокими свойствами.
Серый чугун маркируется буквами С - серый и Ч - чугун (ГОСТ 1412-79). После букв следуют цифры, указывающие среднюю величину временного сопротивления при растяжении (кгс/мм2).
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
Высокопрочный чугун получают присадкой в жидкий чугун небольших добавок некоторых щелочных или щелочноземельных металлов. Чаще для этой цели применяют магний в количестве 0,03-0,07%. По содержанию остальных элементов высокопрочный чугун не отличается от обычного серого.
Под действием магния графит в процессе кристаллизации принимает не пластинчатую, а шаровидную форму (рис.). Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый графит. В отличие от пластинчатого шаровидный графит не является активным концентратором напряжений. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость и т. д. Обычный состав чугуна: 2,7-3,7%С, 1,6-2,7%Si, 0,5-0,6%Мn; <0,10%S и <0,10%Р.
Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ, затем следуют цифры. Первые цифры марки показывают среднее значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм2), вторые - относительное удлинение (%). Чугуны ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 70-3, ВЧ 80-3, ВЧ 100-4, ВЧ 120-4 имеют перлитную металлическую основу, чугуны ВЧ 45-5 - перлитно-ферритную и ВЧ 38-17, ВЧ 42-12 - ферритную. Для снятия литейных напряжений, повышения механических свойств чугун подвергают термической обработке.
Ковкий чугун.
Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы (рис.). Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает прочность и пластичность металлической основы структуры чугуна. Металлическая основа ковкого чугуна: феррит (ферритный ковкий чугун) и реже перлит (перлитный ковкий чугун). Наибольшей пластичностью обладает ферритный ковкий чугун, который применяют в машиностроении.
Химический состав белого чугуна, отжигаемого на ковкий чугун, выбирают в пределах: 2,5-3.0%С; 0,7-1,5%Si; 0,3-1,0%Мn; <0,12%S и <0,18%Р (в зависимости от требуемой структуры металлической основы).
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают временное сопротивление при растяжении (кгс/мм2), вторые - относительное удлинение (%). Из отливок ковкого чугуна изготовляют детали, работающие при ударных и вибрационных нагрузках.
Перлитное превращение
Перлитное превращение переохлажденного аустенита носит кристаллизационный характер и начинается по диффузионному механизму. Ведущей, т. е. возникающей в первую очередь, фазой при этом является карбид (цементит). Как правило его зародыши образуются на границах зерен аустенита.
В результате роста частиц этого карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное a - g превращение, которое идет сдвиговым путем. При этом кристаллики феррита зарождаются на межфазных границах с цементитом, где этот процесс облегчен.
Дальнейший рост ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что затрудняет дальнейшее развитие a-g-превращения. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. Затем создаются условия для возникновения новых и роста имеющихся кристалликов (пластинок) феррита. В результате происходит колониальный (совместный) рост кристалликов феррита и цементита, образующих перлитную колонию (рис.). Размер перлитных колоний («перлитное зерно») и перлитных колоний тем меньше, чем мельче зерно исходного аустенита и больше степень его переохлаждения.
Продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение (рис.). Чем больше переохлаждение, тем тоньше получающаяся ферритно-цементитная структура, т. е. меньше величина межпластинчатого расстояния (Dо), соответственно выше и твердость. Пластинчатые структуры эвтектоидного типа часто определяют как перлит, сорбит и тростит или соответственно грубо-, средне - и тонкодифференцированный перлит.
Структура | Перлит | Сорбит | Тростит |
Dо, мкм | 0,6-1,0 | 0,25-0,3 | 0,1-0,15 |
НВ | 180-250 (1800-2500 МПа) | 250-350 (2500-3500 МПа) | 350-450 (3500-4500 МПа) |
Перлит, сорбит и тростит являются феррито-цементитными структурами, имеющими пластинчатое строение, и различающимися лишь степенью дисперсности.
Механические свойства стали со структурами перлита, сорбита тростита. С увеличением степени дисперсности феррито-цементитной структуры твердость, временное сопротивление, пределы текучести и выносливости возрастают (рис). Относительное удлинение и относительное сужение наивысшие у сорбита. При переходе к троститу пластичность d и y уменьшается.
Мартенситное превращение в стали
Природа мартенсита. Мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в a-железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в a-железе при 20°С не превышает 0,002 % С, то его содержание в мартенсита может быть таким же, как в исходном аустените, т. е. достигать в пределе 2,14%С. Атомы углерода занимают октаэдрические поры в направлении [001] в решетке a-железа (мартенсите) и сильно ее искажают. Мартенсит имеет тетрагональную решетку (рис.) Следовательно, чем больше в мартенсите углерода, тем больше тетрагональность решетки. Отношение с/а = 1 + 0.046С, где С - концентрация углерода в мартенсите (по массе).
Механизм мартенситного превращения. Мартенситное превращение происходит только в том случае, если быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур, когда диффузионные процессы становятся невозможными. При мартенситном превращении не происходит перераспределения компонентов между аустенитом и мартенситом.
Сдвиговый механизм мартенситного превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки. Отдельные атомы смещаются на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство. Это приводит макроскопическому сдвигу, внешним проявлением которого является появление игольчатого микрорельефа на поверхности металлического шлифа. В процессе превращения кристаллы мартенсита сопряжены с аустенитом по определенным кристаллографическим плоскостям и между растущими мартенситными кристаллами и аустенитной матрицей образуется когерентная граница.
Скорость образования и роста кристаллов мартенсита очень велика (~103 м/с). В процессе роста мартенситного кристалла вследствие разности удельных объемов аустенита и мартенсита увеличиваются упругие напряжения, что может приводить к пластической деформации и нарушению когерентности. Сопряженность решеток нарушается и по достижении растущим кристаллом границы зерна или других больших скоплений дефектов кристалла. При нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным и рост кристалла мартенсита прекращается.
Превращение аустенита в мартенсит происходит при непрерывном понижении температуры. Развитие превращения при этом протекает в результате образования новых кристаллов мартенсита. Кристаллы мартенсита ориентационно связаны с решеткой аустенита. Размеры кристаллов мартенсита определяются величиной зерна исходного аустенита. Кристаллы мартенсита тем крупнее, чем больше зерно аустенита.
Кинетика мартенситного превращения. Мартенситное превращение обычно начинается сразу при температуре Мн и протекает не в изотермических условиях, а при непрерывном охлаждении в интервале температур. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже температуры Мн. Если охлаждение прекратить, то мартенситное превращение практически также останавливается. Эта особенность мартенситного превращения резко отличает его от перлитного, которое полностью протекает в изотермических условиях при температуре ниже точки A1. Количество мартенсита возрастает в результате образования все новых и новых кристаллов, а не вследствие роста уже возникших кристаллов. По достижении определенной для каждой стали температуры превращение аустенита в мартенсит прекращается. Эту температуру окончания мартенситного превращения обозначают Mк.
Мартенситное превращение не протекает до конца. Поэтому в закаленной стали присутствует остаточный аустенит. Его количество тем больше, чем ниже температура точек Mн и Мк, т. е. чем выше содержание в аустените углерода и легирующих элементов. В стали с 0,6-1,0 % С количество остаточного аустенита не превышает 10 %), а в стали с 1,3- 1,5%С - оно достигает 30-50% (объемн.).
При больших количествах остаточного аустенита (20-30%) его можно наблюдать в микроструктуре закаленной стали в виде светлых полей между иглами мартенсита (рис.).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
Основные порталы (построено редакторами)