На структуру чавуну

Більша частина вуглецю в сірому чавуні перебуває у вигляді лусочок графіту, який частково роз’єднує металічну основу сплаву і тому надає чавуну крихкості. Вміст вуглецю в сірому чавуні не перевищує 4 %, міцні чавуни містять 2,8-3 % вуглецю. При збільшенні вміст вуглецю чавун стає більш рідкотекучим.

Кремній у великій мірі сприяє графітизації, збільшує рідкотекучість, знижує температуру плавлення і сповільнює охолодження чавуну. Кількість кремнію в сірому чавуні коливається в межах від 0,75 до 3,75 %.

Марганець сприяє відбілюванню чавуну, паралізує шкідливий вплив сірки, поліпшує рідкотекучість чавуну, зміцнює його. Кількість марганцю допускається до 1,3 %.

Сірка також сприяє відбілюванню, надає чавуну крихкості, знижує рідкотекучість чавуну. Тому сірка – шкідлива домішка і гранично допустимий вміст її в чавуні - 0,07 %.

Фосфор створює в чавуні тверду і крихку фосфітну евтектику, тому в чавунних деталях, які працюють на стирання його не повинно бути більше 0,07 %; фосфор знижує температуру плавлення чавуну, збільшує рідкотекучість і зменшує усадку. Тому чавун, що містить до 1,2 % фосфору, застосовують для художнього лиття.

В загальному випадку структури чавунів залежать від двох чинників: хімічного складу і швидкості охолодження.

Нижче приведена діаграма залежності структури чавуну від вмісту кремнію (рисунок 1).У зоні І є ледебурит. Між зоною І та ІІ спостерігається структура половинчастого чавуну, який у структурі має ледебурит та графіт, У зоні ІІ знаходиться структура П+Г, у зоні ІІІ – структура Ф+Г, а між ними – структура Ф+П+Г.

Швидкість охолодження також впливає на графітизацію чавуну: із збільшенням швидкості охолодження графітизація зменшується і може відбутися відбілювання чавуну. Нижче приведена діаграма залежності структури чавуну від товщини стінки виливка, тобто, від швидкості охолодження (рисунок 2)

Ковкий чавун

Ковкий чавун – умовна назва м'якого і в’язкого чавуну, який одержують виливанням з білого доевтектичного чавуну і подальшою термічною обробкою – відпалом. Його не кують, але він досить пластичний, на відміну від сірого чавуну, тому й називається ковким. Ковкий чавун, як і сірий, має металічну основу (феритну, перлітну та феритно-перлітну), містить вуглець у вигляді графіту, але включення графіту в ковкому чавуні мають форму пластівців.

Залежно від способу відпалу можна одержати ковкий чавун на феритній основі (чорносерцевинний) та перлітній основі (білосерцевинний).

Щоб одержати чорносерцевинний ковкий чавун, виливки з білого чавуну завантажують у ящики з вогнетривкої сталі і засипають піском (нейтральне середовище). Ящики нагрівають до температури 950⁰С, при якій евтектичний цементит розпадається – це перша стадія графітизації. Після цього виливки повільно охолоджуються нижче від температури точки А₁ (727⁰С) до повного розпаду цементиту. Структурою ковкого чавуну буде ферит з включеннями графіту у формі пластівців. У зломі такий чавун має чорний колір.

Білосерцевинний чавун одержують зневуглецьовувальним відпалом (томлінням). Виливки з білого чавуну засипають в ящиках рудою або окалиною (окислювальне середовище). На першій стадії графітизації при температурі 1000⁰С вуглець відпалу з поверхневих шарів виливка в значній мірі вигоряє. Друга стадія – переведення через лінію А₁ і охолодження (це відбувається досить швидко), в результаті чого металічною основою чавуну стає перліт. У зломі такий чавун білий.

Відпал триває кілька десятків годин. Режим відпалу на феритний чавун показаний кривою 1, на перлітний – кривою 2 (рисунок 3).

За ГОСТом ковкий чавун позначають літерами КЧ і двома цифрами, які показують мінімальну межу міцності σ_в (кГс/мм²), далі після дефісу ставлять ще одну, або дві цифри, які показують мінімальне відносне видовження δ (%).

ГОСТ 1215-79 встановлює такі марки ковких чавунів: КЧ30, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 феритного класу; КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5 перлітного класу.

Рисунок 3 - Режим відпалу на феритний (1) і перлітний (2)

ковкий чавун

Ковкий чавун має добрі механічні властивості, він не має ливарних напруг, стійкий проти корозії. Тому він широко використовується в сільськогосподарському машинобудуванні (зубчасті колеса, ланки ланцюгів, виливки задніх мостів автомобілів, картерів та ін.).

Високоміцний чавун

Високоміцний чавун одержують введенням у рідкий сірий чавун магнію або церію. Значна частина модифікатора при цьому окислюється, або зв’язується з сіркою і тільки 0,04-0,05 % вступає у взаємодію з компонентами чавуну, утворюючи кулястий (сфероїдальний) графіт. Модифікаторами також може бути мідь, нікель. Процес модифікації триває 20-120 секунд.

Рисунок 4 – Структури сірих, ковких та високоміцних чавунів

У високоміцного чавуну може бути феритна, феритно-перлітна чи перлітна металічна основа, він має підвищену пластичність (δ=2-17 %) і ударну в’язкість. Високоміцний чавун маркують великими літерами ВЧ і цифрами, які означають мінімальну межу міцності на розтяг (кГс/мм²).

ГОСТ 7293-85 встановлює такі марки високоміцного чавуну: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100. Високоміцний чавун застосовують для відливання колінчастих валів, зубчастих коліс, муфт.

Умовне позначення структур сірих, ковких та високоміцних чавунів наведено на рисунку 4.

5 ОСНАЩЕННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ

5.1 Діаграма залізо-цементит

5.2 Металографічні мікроскопи МДМ-6, МДМ-7

5.3 Комплект мікрошліфів різних видів чавунів

5.4 Діаграми залежності структур чавунів від вмісту кремнію

та товщини стінки виливка.

6 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ТА ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

6.1 Зобразити чавунну частину діаграми залізо-цементит із показом рівноважних структур. Дати характеристику основних структурних складових: ледебуриту, цементиту, перліту, графіту

6.2 Вивчити під мікроскопом і намалювати структури білих чавунів. Вивчити під мікроскопом і намалювати структури сірого, ковкого та високоміцного чавунів

6.3 Описати методи одержання білого, сірого, ковкого і високоміцного чавунів

6.4 Зобразити діаграми впливу хімічного складу і товщини стінки виливка на структури чавунів

6.5 Розшифрувати вказані марки чавунів за індивідуальним варіантом

7 ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

7.1 Що таке чавун?

7.2 Чим відрізняється білий чавун від сірого?

7.3 Які фактори впливають на структуру чавуну?

7.4 Як впливають домішки на графітизацію чавуну?

7.5 Які структури мають білі чавуни?

7.6 Які структури мають сірі чавуни?

7.7 Чим відрізняються ковкі і високоміцні чавуни від сірих за структурою?

7.8 Як маркуються сірі, ковкі та високоміцні чавуни?

Лабораторна робота № 9

ГАРТУВАННЯ СТАЛІ