Диаграмма состояния железо–углерод (стабильная) и получение чугунов

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Диаграмма состояния Fe–C (стабильная) и получение чугунов»

Выполнил:

ст. гр. ПМГ-А-08з

Иванова О.И.

Алчевск 2009

1. Диаграмма состояния железо–углерод (железо–графит) – диаграмма стабильного равновесия

Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита.

Процесс образования в чугуне графита называют графитизацией.

Штриховые линии на диаграмме (рис. 1) соответствуют выделению графита.

Графит образуется при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика.

Ускоренное охлаждение частично или полностью прекращает кристаллизацию графита и способствует образованию цементита.

Наличие в жидком чугуне включений SiO₂ , Al₂ O₃ , и др., а также введение Si способствует процессу графитизации.

Чугуны по технологическим свойствам обладают лучшими литейными характеристиками, чем стали, но малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддаются ковке). Чугун дешевле стали по технологии производства.

2. Кристаллизация серого чугуна

Серый чугун получил название по виду излома, который имеет серый цвет (из-за присутствия в структуре сплава свободного углерода – графита).

Наиболее широкое применение получили доэвтектические чугуны, содержащие 2,4 – 3,8% С. Такой чугун обладает хорошими литейными свойствами (С не < 2,4%). Содержание углерода > 3,8% способствует большему образованию графита, что ухудшает его механические свойства.

Серый чугун представляет собой по существу тройной сплав Fe– Si – C, в качестве неизбежных примесей находятся: Mn, Р и S.

Диаграмма Fe – C

Рисунок 1.

Кремний (Si) – содержится в количестве 1,2-3,5% – способствует выделению углерода в виде графита (т.е.влияет на строение, а следовательно на свойства чугунов).

Чем больше в чугуне углерода, тем меньше требуется кремния для получения заданной структуры.

Марганец (Mn) содержится в количестве 1,25 – 1,4 % – препятствует процессу графитизации, повышает способность чугуна к отбеливанию.

Сера (S) – содержится в количесве 0,1 – 0,2 % – способствует отбеливанию чугуна, ухудшает механические и литейные свойства. В чугуне находится в виде сульфатов – FeS, MnS или их твердых растворов (Fe, Mn)S.

Фосфор (Р) – содержится в количестве 0,2 – 0,5% –практически не влияет на процесс графитизации; улучшает литейные свойства (жидкотекучесть). Образует соединение Fe₃ Р, входящее в эвтектику. Способствует повышению твердости, износостойкости, хрупкости.

Рассмотрим кристаллизацию сплава I:

Точка 1 – имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

Точка 2 – объем и размеры фазово-концентрационных флуктуаций увеличивается.

Ниже точки 2 до точки 3 – жидкая фаза насыщается по отношению к аустениту (г-Fe).

Состав аустенита при охлаждении меняется по линии солидус: аЕ’, а состав жидкой фазы: бС’.

В точке 4 жидкая фаза (Ж_С ) насыщенна одновременно по отношению к аустениту (А_С ’) и углероду (графиту) и ниже точки 4:

Ж_С ⇆ А_С’ + Г.

Эвтектика

(не называть ледебуритом)

При охлаждении от точки 4 до точки 5 происходит обеднение аустенита углеродом по линии E’S’, в результате выделяется графит который наслаивается на эвтектический графит.

Линия Р’S’K’ – линия эвтектоидного равновесия.

Ниже этой линии происходит превращение:

А_{S ’} ⇄ Ф_Р’ + Г.

Эвтектоид

а) б)

Рисунок 2 – Структура графита

где а) кристаллическая решетка;

б) включение выделенное из чугуна

Показать фотографию лепесткового графита и серого чугуна на ферритной основе.

Рисунок 3. Серый чугун на ферритной основе

В серых чугунах графит выделяется в виде пластин, червеобразных прожилок (вермикулярный графит). Длина таких включений больше, чем ширина.

3.Связь структуры чугуна с его свойствами

Механические свойства чугуна обусловлены его структурой, главным образом графитной составляющей.

Чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную графитом, который играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу структуры.

Чем меньше графитовых включений, чем они мельче и больше степень изолированности их друг от друга, тем выше прочность чугуна.

Пластинки графита уменьшают сопротивление отрыву, предел прочности, и особенно пластичность чугуна. Относительное удлинение при растяжении серого чугуна практически равно нулю (≤ 0,5%).

Однако графитовые включения мало влияют на снижение предела прочности при сжатии и твердость, величина которых определяется структурой металлической основы чугуна.

Поэтому серые чугуны (СЧ) рекомендуется использовать преимущественно д

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать