1. Какие фазы содержатся в сплавах железа с углеродом, какова кристаллическая структура и свойства этих фаз?  

(Железо известно в двух полиморфных модификациях α и γ)

Феррит — твердый раствор углерода и других примесей в  α-железе.
Это почти чистое железо, так как растворимость углерода в железе чрезвычайно мала (0,006...0,03 %). Феррит устойчив до температуры 911 °С, имеет очень небольшие твердость и прочность, но высокую пластичность, поэтому хорошо деформируется в холодном состоянии (штампуется, прокатывается, протягивается). Чем больше феррита в железоуглеродистом сплаве, тем сплав пластичнее. (
структура: имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба)

Аустенит — твердый раствор углерода и других примесей в γ-железе. Предельная растворимость углерода в у-железе — 2,14%. Предельная растворимость углерода в железе — 2,14 %. Характерная особенность аустенита в том, что он может существовать в железоуглеродистых сплавах только при высоких температурах (от 1539 до 727 °С). Аустенит по пластичности соизмерим с ферритом, но по твердости превосходит его примерно в 2 раза. (структура: имеет кристаллическую решетку объемноцентрированного куба)

Цементит — это химическое соединение железа с углеродом — карбид железа Fe3C. Температура плавления цементита около 1600 °С. Содержание углерода в цементите составляет 6,67 %, и это самая твердая и хрупкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Цементит имеет высокую твердость и не обладает пластичностью. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и более хрупки.

Перлит — механическая смесь феррита и цементиту, подразделяется на пластинчатый и зернистый в зависимости от формы кристаллов цементита, имеющих вид соответственно либо пластинок, либо округлых мелких зерен. Такую смесь называют эвтектоидной, так как она хотя и подобна эвтектической, но образовалась в отличие от нее не при кристаллизации, а в процессе распада твердого раствора.

Ледебурит— эвтектическая смесь аустенита и первичного цементита образуется при температуре 1130° С (точка С на диаграмме) и содержит 4,3% С; он твердый и хрупкий.

2. Что представляет собой эвтектическое превращение в сплавах железа с углеродом?

Эвтектическое превращение заключается в том, что жидкость, содержащая 4.3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного

3. Что представляет собой эвтектоидное превращение в сплавах железа с углеродом?

Эвтектоидное превращение заключается в распаде аустенита на механическую смесь феррита и цементита.

 4. Каким образом появляется цементит в сплавах железа с углеродом? Укажите все пути образования цементита.

Цементит неустойчив и при определенных условиях распадается на железо и углерод.

Во-первых, цементит выделяется прямо из пересыщенного α-раствора, причем рост частиц Fe3C сопровождается растворением выделений ранее образовавшегося менее стабильного карбида (смотрите Образование промежуточных метастабильных фаз).

Во-вторых, цементит образуется перестройкой решетки промежуточного карбида в решетку Fe3C (в пределах объема частиц промежуточного карбида). Имеются экспериментальные данные, которые можно трактовать как доказательство аллотропического превращения ε-карбида, «низкотемпературного» цементита и карбида в «высокотемпературный» цементит Fe3C.

5. Что такое перлит, как он образуется, каковы его свойства.

Перлит (П) – механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода.
Перлит образуется из аустенита при охлаждении его до температуры ниже 727 °С. Таким образом, перлит является эвтектоидом. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита и определяет механические свойства перлита.

Свойства: При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности 800 МПа, относительное удлинение 15%, твердость HB = 160.

6. Что представляет собой вторичный цементит, как он образуется, каким образом влияет на свойства сплавов железа с углеродом?

Вторичный цементит - цементит, выделяющийся из аустенита при охлаждении заэвтектоидных сталей и доэвтектических чугунов (0,8-4,3% С) ниже температур, соответствующих линий SEC диаграммы состояния «Железо — углерод».

Вторичный цементит располагается в виде сетки ( а в объеме в виде оболочек) вокруг аустенитных зерен, которые при дальнейшем охлаждении в результате эвтектоиднои реакции превращаются в перлитные зерна. Выделение вторичного цементита в виде сетки вокруг зерен, так же как и выделение его в виде игл, придает стали повышенную твердость и низкую ударную вязкость

7.  Чем стали отличаются от чугунов? Какие структурные составляющие в до- и заэвтектоидных сталях и в доэвтектических белых чугунах?  

В отличие от стали чугун более хрупок, его отличает способность разрушаться без заметных остаточных деформаций. При этом сам углерод в сплаве представлен в виде графита и/или цементита

Структура белого доэвтектического чугуна – ледебурит перлитовый, перлит и цементит вторичный.

Структура доэвтектоидных сталей – феррит и перлит.

Структура заэвтектоидных сталей – перлит и цементит вторичный

8. Какие чугуны являются белыми? Чем характеризуются свойства этих чугунов, как они практически используются?

Белый чугун имеет свое название по виду излома матово-белого цвета. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита.

Свойства и применение:

Эти чугуны имеют большую твердость из-за содержания цементита; они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Высокая твердость поверхности позволяет ей хорошо работать против истирания. Эти свойства отбеленного чугуна применяются для изготовления валков листовых прокатных станов, колес, шаров для мельниц, тормозных колодок и других деталей.

Значительное содержание твердого и хрупкого цементита в составе белых чугунов является причиной того, что эти чугуны трудно поддаются механической обработке.

Они применяются для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун, а также для отливки прокатных валков и вагонных колес.

 9. Какие чугуны являются серыми? Чем они отличаются от белых чугунов? Какие структурные составляющие содержатся в серых чугунах? В чем состоят преимущества и недостатки серых чугунов? Как маркируют серые чугуны? Как их используют?

Серый чугун — сплав железа с углеродом, в котором присутствует графит в виде хлопьевидных, пластинчатых или волокнистых включений.

Серый чугун — сплав железа с углеродом, в котором присутствует кремний 
СЧ получается введения кремния при выплавке чугунов (в присутствии кремния цементит образуется в меньше степени) 
Св-ва СЧ зависят от структуры Ме основы. Чем больше кремния тем полнее графитизация тем ниже прочность. 
Св-ва СЧ зависят от размера и формы графитовых включений. 
Введние кремния ухудшает литейные св-ва чугунов поэтому СЧ не применяются для сложных тонкостенных отливок. 

Перлитный – П+Гр (СЧ-45)  Феррито-перлитный П+Ф+Гр (СЧ-25)  Ферритный Ф+Гр (СЧ-15)

 

10. Что представляет собой графитизация чугунов, от каких факторов она зависит? Какой может быть структура металлической основы серых чугунов и как получить желаемую структуру?

Графитизация чугуна — выделение углерода в структурно-свободном виде, сопровождающееся частичным или полным разложением цементита.

Графитизация чугуна зависит от ряда факторов. К ним относятся присутствующие в чугуне центры графитизации, скорость охлаждения и химический состав чугуна

В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения после затвердевания (а значит и от размера отливки) чугун может иметь ферритную, феррито-перлитную и чисто перлитную металлическую основу. С ростом скорости охлаждения возрастает доля перлита, а следовательно и прочность чугуна, но падает его пластичность.

11.  От каких факторов зависит прочность серых чугунов? Как влияют графитные включения на механические свойства серых чугунов?

1. От структуры металлической основы

2. От характера включений графита

3. От содержания углерода в чугуне

4. От количества связанного углерода

5. От количества примесей


Механическая прочность в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций.


12. Какую форму графита содержат высокопрочные чугуны? Как обычный чугун сделать высокопрочным? Какую структуру имеет металлическая основа этого чугуна? В чем состоят преимущества и недостатки высокопрочных чугунов? Как маркируют высокопрочные чугуны? Как их используют?  

какую форму графита содержат высокопрочные чугуны?

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Как обычный чугун сделать высокопрочным?

Дальнейшее повышение прочности и пластичности чугуна достигается модифицированием, обеспечивающим получение глобулярного (сфероидального) графита  вместо пластинчатого. Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему и тем самым определяет наибольшую сплошность  металлической основы,  а следовательно,  и прочность чугуна.

Какую структуру имеет металлическая основа этого чугуна?

Структура металлической основы у таких чугунов феррито-перлитная с большим или меньшим количеством перлита.

Преимущества и недостатки

Преимущества: Чугуны — более дешевый материал, чем стали. Содержание углерода в них больше 2,14%. Они обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.