Конструкционные материалы, используемые в электроэнергетике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

« ЛИПЕЦКИЙ ФИЛИАЛ МЕЖДУНАРОДНОГО ИСТИТУТА

КОМПЬЮТЕРНЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ» 
 

Кафедра Электроэнергетических систем 

Специальность 140205: Электроэнергетические системы и сети системы и сети 
 
 
 

Курсовая  работа  

     по дисциплине: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» 

     на тему: «Конструкционные материалы, используемые в электроэнергетике» 

                                          вариант 13 
 
 

Выполнил

студент 3курса группы ЭЭз-08

______________ Таньшина Л.С.

                                        (подпись)     

     Научный руководитель

Преподаватель

______________Маликова  Н.В.

                                        (подпись)

                 

        
 
 
 
 

Липецк 2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема

«Чугун  его свойства и  применение в производстве и в быту» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Содержание 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  Первые сведения о чугуне относятся к 6 в. до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Чугун был известен и античным металлургам 4—5 вв. до нашей эры. Производство чугуна в Западной Европе началось в 14 в. с появлением первых доменных печей (штюкофенов) для выплавки чугуна из руд (Металлургия). Полученный чугун использовали или для передела в сталь в кричном горне (Кричный передел), или для изготовления различных строительных деталей и оружия (пушки, ядра, колонны и др.). В России производство чугуна началось в 16 в.; в дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску чугуна превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран. Появление во 2-й пол. 18 в. вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т. е. положило начало независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале 19 в. возникает производство ковкого чугуна. Во 2-й четверти 20 в. начинают применять легирование чугуна (Легированный чугун), что дало возможность существенно повысить его свойства и получать специальный чугун (износостойкие, корозийностойкие, жаростойкие и т.д.). К этому же периоду относится также разработка способов модифицирования чугуна. В конце 40-х гг. был получен модифицированный чугун с включениями графита шаровидной формы вместо обычной пластинчатой, что обусловливало значительно более высокую прочность металла (sь до 500 Мн/м2, или 50 кгс/мм2, в литом состоянии и 1200 Мн/м2, или 120 кгс/мм2 после термической обработки; такой чугун получил название высокопрочного). В 60-х гг. в электрических печах начали получать из стальных отходов с добавлением карбюризаторов т. н. синтетический чугун с высокими механическими свойствами при пластинчатой форме графита (Железоуглеродистые сплавы). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.Классификация чугуна. 

    Чугун — сплав Fe (основа) с С , содержащий постоянные примеси (Si, Mn, S, Р), а иногда и легирующие элементы (Cr, Ni, V.  А0 и др.); как правило, хрупок.

    Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может  находиться не только в растворенном и связанном состоянии (в виде химического соединения — цементита Fe3C), но также в свободном состоянии — в виде графита. При этом форма выделений графита и структура металлической основы (матрицы) определяют основные типы чугуна и их свойства.

    Классификация чугуна с различной формой графита производится по ГОСТ 3443-77. По специально разработанным шкалам оценивают форму включений графита, их размеры, характер распределения и количество, а также тип металлической основы.

Классификация чугуна осуществляется по следующим  признакам:

• по состоянию углерода — свободный или связанный;
• по форме включений графита — пластинчатый, вермикулярный, шаровидный, хлопьевидный (рис.1);
• по типу структуры металлической основы (матрицы) — ферритный, перлитный; имеются также чугуны со смешанной структурой: например феррито-перлитные;
• по химическому составу — нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения).

В зависимости  от формы выделения углерода в  чугуне различают:

• белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C;
• половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде цементита;

       

• серый чугун, в котором весь углерод или  его большая часть находится  в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;
• отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого;
• высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму;
• ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Структура  чугуна 

     Микроструктура  чугуна состоит из металлической  основы (матрицы) и графитных включений. Свойства чугуна определяются свойствами металлической основы и характера включений графита.

Чугуны содержат следующие структурные составляющие (рис.2):

• графит (Г);
• перлит (П);
• феррит (Ф);
• ледебурит (Л);

По микроструктуре различают:

1. белый чугун;
2. серый перлитный чугун;
3. серый ферритный чугун;
4. половинчатый чугун ;
5. высокопрочный чугун .

     Формирование  микроструктуры чугуна зависит от его  химического состава и скорости охлаждения (толщины) отливки. Структура  металлической основы определяет твердость  чугуна.

     Углерод в составе чугуна может присутствовать в виде химического соединения — цементит , графита или их смеси. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Места его залегания можно считать нарушениями сплошности металла. Чугун как бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. По мере округления графитных включений (за счет модифицирования чугуна присадками SiCa, FeSi, Al, Mg) их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается и механические свойства чугуна растут. 

       

Например, серый  чугун (пластинчатая форма графита) имеет низкие характеристики механических свойств, так как пластинки включений  графита играют роль концентратов напряжений в отливке. Однако серый чугун  имеет ряд преимуществ: обладает высокой жидкотекучестью и малой литейной усадкой; включения графита делают стружку ломкой, позволяя легко обрабатывать чугун резанием; благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами; хорошо гасит вибрации и резонансные колебания. Из высокопрочных чугунов (шаровидная форма графита) изготавливают ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы.

     Кремний способствует графитизации чугуна. Изменяя  его содержание и скорость охлаждения отливки, можно получить чугун различной структуры.

     Марганец  препятствует графитизации и нейтрализует вредное влияние серы, образуя  с ней тугоплавкие соединения MnS.

     Фосфор  не оказывает существенного влияния  на процесс графитизации. При повышенном содержании фосфора в структуре чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики, которая повышает его литейные свойства.

    Сера  является вредной примесью. Она обусловливает  ухудшение литейных свойств чугуна, увеличение усадки, повышение склонности к трещинообразованию, снижение температуры красноломкости чугуна. 

    2.1. Белые чугуны

    Белые чугуны (передельные) редко используются в народном хозяйстве в качестве конструкционных материалов, так  как из-за большого содержания цементита  очень хрупкие и твердые, с  трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами. Маркировка белых чугунов не установлена.

    Разновидностью  белых чугунов является отбеленные чугуны. Поверхностные слои изделий  из таких чугунов имеют структуру  белого (или половинчатого) чугуна, а сердцевина - серого чугуна. Отбел на некоторую глубину получают путем быстрого охлаждения поверхности (например, отливка чугуна в металлические или песчаные формы). Для снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин, отливки подвергают нагреву при . Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др. 
 

    2.2.  Серые чугуны

    Структура серого (литейного) чугуна состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в  эту основу. Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe—С (стабильной). Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий, кальций, церий).

    Модифицирование металлов — введение в металлические расплавы модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых (обычно не более десятых долен %) способствуют созданию дополнительных искусственных центров кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла.

    Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также  структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при  медленном охлаждении во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с небольшим числом изогнутых лепестков.