Лабораторая работа

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Кафедра Общее машиностроение

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЧУГУНОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для направлений подготовки и специальностей:

Код ООП	Направление/ Специальность	Профиль/Программа магистратуры/ Специализация
151900.62-03-2011 151900.61-03-2011	Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств	Технология машиностроения
170100.65-03-2011	Боеприпасы и взрыватели	Технология производства, снаряжения и испытаний боеприпасов
190110.65-03-2011	Транспортные средства специального назначения	Военные гусенечные и колесные машины
190109.65-03-2011	Наземные транспорто-технологические средства	Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование
151000.62-03-2011	Технологические машины и оборудование	Металлургические машины и оборудование
230700.62-03-2011	Прикладная информатика	Прикладная информатика в промышленной сфере
150700.62-03-2011	Машиностроение	Оборудование и технология сварочного производства
	Мехатроника и робототехника

Нижний Тагил

2014

УДК

Составители: М. В. Арифуллина, Е.М. Файншмидт

Научный редактор: проф., д-р техн. наук В. Ф. Пегашкин

Структура и свойства чугунов: методические указания к выполнению лабораторных работ / сост. М.В. Арифуллина, Е.М. Файншмидт; Нижнетагил. технол. ин-т (фил.) УрФУ. - Нижний Тагил: НТИ (ф) УрФУ, 2014. – 18 с.

Предназначены для использования при выполнении лабораторных работ по курсам: «Материаловедение» для студентов для студентов по направлениям и специальностям подготовки:

151900 - Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

170100- Боеприпасы и взрыватели

190110- Транспортные средства специального назначения

190109- Наземные транспорто-технологические средства

151000- Технологические машины и оборудование

230700- Прикладная информатика

150700 – Машиностроение

ХХХХХ – Мехатроника и робототехника

Библиогр.: 5 назв. Табл. 1. Рис. 5.

Подготовлено кафедрой «Общее машиностроение».

ã ãГОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал), 2014

Содержание

Стр.

1. Равновесные состояния сплава …………………………………………..…….4

2. Зависимость свойств стали от содержания углерода ………………….…….5

3. Структура и свойства стали в равновесном состоянии……………………….6

3.1. Доэвтектойдные стали………………………………………………….6

3.2. Эвтектойдные стали…………………………………………………….7

3.3. Заэвтектойдные стали…………………………………………………..10

4. Свойства стали в зависимости от содержания вредных примесей ……......12

Задание…………………………………………………………………………….15

Библиографический список…………………………………………………..….16

ЛАБОРАТОРАЯ РАБОТА

«Структура и свойства чугунов»

Цель работы:

- изучение микроструктуры чугунов разных марок, их свойств и области применения.

1. Классификация чугунов

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода. В машиностроении чугун является одним из основных литейных материалов, что объясняется прежде всего его хорошими литейными и прочностными свойствами. Он не подвергается обработке давлением. Главным фактором, определяющим свойства, а, следовательно, и область использования чугуна, является его структура, которая может быть весьма разнообразной.

По структуре чугуны делят на

- белый чугун (БЧ),

- серый чугун (СЧ),

- ковкий чугун (КЧ)

- высокопрочный чугун (ВЧ).

Серыми называют чугуны, в структуре которых высокоуглеродистой фазой является графит пластинчатой формы (ПГ, рис. 1, а). В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную (ХГ) форму (рис. 1, б), в высокопрочных – шаровидную (ШГ, рис. 1, в). Включения графита располагаются в металлической основе (матрице), которая может быть ферритной, перлитной или ферритно-перлитной. Белые чугуны имеют белый блестящий излом, подобно сталям кристаллизуются по диаграмме метастабильного равновесия системы Fe-Fe₃С. В них практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита.

Рис. 7.1. Форма графитных включений в чугуне:

а – пластинчатая в сером; б – хлопьевидная в ковком; в – шаровидная в высокопрочном (шлифы не травлены). х200

Белые чугуны подразделяются на

1. Доэвтектические чугуны,

2. Эвтектические чугуны,

3. Заэвтектические чугуны.

Доэвтектические белые чугуны содержат 2,14...4,3 % углерода. Они (рис. 2, а) состоят из перлита (Ф + Ц) и ледебурита (П + Ц). Перлит имеет дендритное (деревообразное) строение, которое он наследует от аустенита первичного, кристаллизующегося из жидкости и затем превращающегося в перлит (при 727 °С). Основой структуры является эвтектика – ледебурит, состоящая из цементита и расположенного в нем перлита сравнительно высокой дисперсности.

Эвтектический белый чугун содержит 4,3 % углерода. Его структура (рис. 2, б) – ледебурит (П + Ц).

Заэвтектические белые чугуны являются сплавами с повышенным содержанием углерода (более 4,3 %), имеют струк­туру Л(П + Ц)+Ц1 (рис. 2, в). В матрице ледебурита расположены крупные призматические кристаллы цементита первичного.

Массовые доли фаз и структурных составляющих чугунов могут быть определены с помощью правила отрезков. Применив его, можно убедится, что относительное содержание твердой и хрупкой фазы – цементита возрастает с повышением содержания углерода в сплаве. Например, в структуре белого чугуна с 3 % С находится около 45 % цементита и 55 % феррита, в чугуне с 4,3 % С доля цементита возрастает до 66 %.

Из-за большого содержания цементита белые чугуны имеют повышенную хрупкость и низкие показатели механических свойств. Поэтому в качестве конструкционных материалов применяют редко, используя только для изготовления деталей, работающих условиях повышенного абразивного изнашивания (детали гидромашин, пескометов и др.). Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементам.

Рис. 2. Микроструктура белых чугунов: а – доэвтектоидного; б – эвтектического; в – заэвтектического. х200

По структуре металлической основы все чугуны делятся на (рис. 3):

1) перлитные, со структурой перлита и графита. Количество связанного углерода составляет 0,8%;

2) ферритно-перлитные, со структурой феррита, перлита и графита. Количество связанного углерода от 0,02-0,8%;

3) ферритные, со структурой феррита и графита. Весь углерод находится в виде графита.