Структура сплавов в равновесном состоянии - файл n1.doc

Структура сплавов в равновесном состоянии
скачать (5398.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5399kb.02.11.2012 13:22скачать

n1.doc

2.3.1 Белые чугуны

Для микроструктурного анализа белых чугунов используют диаграмму метастабильного равновесия фаз с участием цементита. По составу различают доэвтектические (от 2,14 до 4,3%С), эвтектические (4,3%С) и заэвтектические (от 4,3 до 6,67%С) белые чугуны. Эвтектическое превращение в белых чугунах описывается реакцией: Ж4,3 2,14 + Fe3C.

В доэвтектических белых чугунах из жидкой фазы выделяются дендриты первичного аустенита, затем кристаллизуется эвтектика - ледебурит. В интервале температур 1147 - 727оС аустенит обедняется углеродом, его состав изменяется по линии ЕS и выделяется вторичный цементит. При небольшом переохлаждении аустенит состава точки S распадается на эвтектоидную смесь феррита с цементитом. Образовавшийся перлит имеет внешние очертания первичного аустенита. Вторичный цементит, выделяющийся по границам зерен первичного аустенита, сливается с цементитом ледебурита. Под микроскопом можно увидеть только иглы вторичного цементита, пронизывающие распавшийся аустенит (перлит). Таким образом, в доэвтектических белых чугунах можно увидеть три структурные составляющие: распавшийся первичный аустенит (перлит), вторичный цементит и ледебурит (рисунок 3, а).




а) б) в)

а) доэвтектический, б) эвтектический, в) заэвтектический белый чугуны

Рисунок 3 – Микроструктуры белых чугунов (схема)
В белых чугунах, близких к эвтектическому составу, ледебурит часто «вырождается» в цементитные прослойки, так как аустенит, который должен входить в состав ледебурита, отлагается при эвтектической кристаллизации на поверхности зерен первичного аустенита, сливаясь с последним. Между зернами распавшегося первичного аустенита обнаруживаются только прослойки цементита, который должен был входить в состав ледебурита.

Эвтектический белый чугун при комнатной температуре состоит из одной структурной составляющей – ледебурита, который в свою очередь состоит из перлита и цементита (рисунок 3, б). Каждая колония ледебурита растет из эвтектического расплава в виде бикристаллического образования. Во время роста колонии происходит взаимное прорастание двух разветвляющихся кристаллов цементита и аустенита. Сечения ветвей аустенитного дендрита в плоскости шлифа выглядят как изолированные включения перлита в цементитной матрице.

В заэвтектических белых чугунах из расплава выделяются кристаллы первичного цементита в виде плоских дендритов, дающих в сечении шлифа вытянутые полоски, часто похожие на иглы (рисунок 3, в). После окончания первичной кристаллизации образуется ледебурит. При комнатной температуре наблюдаются две структурные составляющие: первичный цементит и ледебурит.

2.3.2 Серые чугуны

Для микроструктурного анализа серых чугунов используют диаграмму стабильного равновесия фаз с участием графита.

В сером чугуне жидкость состава точки С’ кристаллизуется в виде эвтектической смеси аустенита и графита. Каждая эвтектическая колония растет как бикристалл: графитовый кристалл, являющийся ведущей фазой, растет в виде разветвленного крабовидного скелета, а аустенит располагается по поверхности графитового скелета. В плоскости шлифа сечения крабовидных кристаллов выглядят как темные изолированные включения, вкрапленные в светлую аустенитную матрицу. Их форма и размеры зависят от формы и разветвленности графитового скелета эвтектической колонии (рисунок 4).

Обычный серый чугун обладает невысокими механическими свойствами, так как пластинчатые ответвления крабовидных образований графита действуют как концентраторы в металлической основе. Поэтому используют модификацию чугуна магнием для глобуляризации графита (рисунок 4, б).



а) б)

а) включения пластинчатого графита, б) включения глобулярного графита

Рисунок 4 – Схема микроструктуры серого чугуна



В доэвтектических серых чугунах первично кристаллизуются дендриты аустенита, затем образуется эвтектика аустенит – графит.

В заэвтектических серых чугунах из расплава выделяется первичный графит, который растет в виде крабовидных разветвленных кристаллов. По окончании эвтектической кристаллизации образование графита может продолжаться и в твердом состоянии. При охлаждении аустенит может изменить свой состав по линии Е’S’, выделяя вторичный графит. Затем при небольшом переохлаждении ниже 738оС аустенит состава точки S’ может распадаться, давая эвтектоидную смесь феррита и графита по схеме: S’+графит.

Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации. Если графитизация прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие графит и феррит (рисунок 5, а) и называется серым чугуном на ферритной основе. Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии не по стабильной, а метастабильной системе, то структура чугуна состоит из графита и перлита (рисунок 5, б) и называется серым чугуном на перлитной основе. Возможен и промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, частично - с образованием перлита (рисунок 5, в), и такой чугун называется серым чугуном на феррито-перлитной основе.








а) б) в)

а) ферритная основа, б) перлитная основа, в) ферритно-перлитная основа

Рисунок 5 – Схема микроструктуры серого чугуна

2.3.3 Ковкие чугуны

Ковкий чугун получают путем отжига отливок белого чугуна, во время которого вместо неустойчивого цементита образуется графит. Графитизация идет двумя путями: растворения метастабильного цементита в аустените и одновременного выделения стабильного графита, а также прямым разложением цементита Fe3C 3Fe+C. Степень графитизации зависит от температуры отжига, времени выдержки, скорости охлаждения, состава и других факторов. Чем больше выдержка, чем меньше скорость охлаждения, тем полнее проходит графитизация.

В зависимости от полноты графитизации отличают те же три вида, что и в серых чугунах. Отличие лишь в формах графита: если на шлифах серых чугунов он выглядит в виде прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме компактных хлопьевидных включений с рваными краями (рисунок 6). Такая форма графита обеспечивает повышенные механические свойства по сравнению с серыми чугунами.

Рисунок 6 – Схема микроструктуры ковкого чугуна
3 Порядок выполнения работы

а) Просмотреть под микроскопом при увеличении х200 шлифы различных сталей. Зарисовать схему микроструктур с объяснениями. Шлиф технического железа просмотреть при увеличениях х200 и х500. Обратить внимание на расположение третичного цементита.

б) Для образцов доэвтектоидных сталей определить содержание углерода по микроструктуре используя методы количественного металлографического анализа.

в) Образец эвтектоидной стали просмотреть при увеличении х500 и пользуясь окуляр-микрометром определить соотношение толщин пластинок феррита и цементита.

г) Замерить твердость образцов сталей. На каждом образце произвести по 3 замера, рассчитать средние значения НВ и оформить в виде таблицы.


Марка стали

Содержание С, %

Твердость НВ

Средние значения НВ

1

2

3




















д) Просмотреть под микроскопом шлифы чугунов (по указанию преподавателя). Зарисовать схему микроструктуры с объяснениями. Указать структурные составляющие.