Конструкционные материалы, используемые в электроэнергетике

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4. Диаграмма состояния железо–углерод (железо–графит) – диаграмма стабильного равновесия 

     Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита.

Процесс образования  в чугуне графита называют графитизацией.

     Штриховые линии на диаграмме (рис. 4) соответствуют выделению графита.

     Графит  образуется при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика.

     Ускоренное  охлаждение частично или полностью  прекращает кристаллизацию графита  и способствует образованию цементита.

     Наличие в жидком чугуне включений SiO2, Al2O3, и  др., а также введение Si способствует процессу графитизации.

     Чугуны  по технологическим свойствам обладают лучшими литейными характеристиками, чем стали, но малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддаются ковке). Чугун дешевле стали по технологии производства. 

4.1. Кристаллизация серого чугуна 

     Серый чугун получил название по виду излома, который имеет серый цвет (из-за присутствия в структуре сплава свободного углерода – графита).

Наиболее широкое  применение получили доэвтектические  чугуны, содержащие 2,4 – 3,8% С. Такой  чугун обладает хорошими литейными  свойствами (С не < 2,4%). Содержание углерода > 3,8% способствует большему образованию графита, что ухудшает его механические свойства.

     Серый чугун представляет собой по существу тройной сплав Fe – Si – C, в качестве неизбежных примесей находятся: Mn, Р  и S. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Диаграмма Fe – C 
 

     

Рисунок 4. 

Кремний (Si) –  содержится в количестве 1,2-3,5% – способствует выделению углерода в виде графита (т.е.влияет на строение, а следовательно на свойства чугунов).

Чем больше в  чугуне углерода, тем меньше требуется  кремния для получения заданной структуры.

Марганец (Mn) содержится в количестве 1,25 – 1,4 % – препятствует процессу графитизации, повышает способность чугуна к отбеливанию.

Сера (S) – содержится в количесве 0,1 – 0,2 % – способствует отбеливанию чугуна, ухудшает механические и литейные свойства. В чугуне находится  в виде сульфатов – FeS, MnS или их твердых растворов (Fe, Mn)S.

Фосфор (Р) –  содержится в количестве 0,2 – 0,5% –практически не влияет на процесс графитизации; улучшает литейные свойства (жидкотекучесть). Образует соединение Fe3Р, входящее в  эвтектику. Способствует повышению твердости, износостойкости, хрупкости.

Рассмотрим кристаллизацию сплава I:

Точка 1 – имеется  равновесный набор фазовых и  концентрационных флуктуаций.

Точка 2 – объем  и размеры фазово-концентрационных флуктуаций увеличивается.

Ниже точки 2 до точки 3 – жидкая фаза насыщается по отношению к аустениту (г-Fe).

Состав аустенита  при охлаждении меняется по линии  солидус: аЕ’, а состав жидкой фазы: бС’.

В точке 4 жидкая фаза (ЖС) насыщенна одновременно по отношению к аустениту (АС’) и  углероду (графиту) и ниже точки 4: 

ЖС ⇆ АС’ + Г.

 

(не называть  ледебуритом)

При охлаждении от точки 4 до точки 5 происходит обеднение  аустенита углеродом по линии E’S’, в результате выделяется графит который  наслаивается на эвтектический графит.

Линия Р’S’K’  – линия эвтектоидного равновесия.

Ниже этой линии  происходит превращение:

АS’ ⇄ ФР’ + Г.

 
 
 

            а)                      б)

Рисунок 5 – Структура графита

где,

а) кристаллическая  решетка;

б) включение  выделенное из чугуна 
 

На рис.4 показан  лепестковый графит и серый чугун на ферритной основе.

 

Рисунок 6. Серый чугун на ферритной основе 

     В серых чугунах графит выделяется в виде пластин, червеобразных прожилок (вермикулярный графит). Длина таких  включений больше, чем ширина.

     Диаграмма железо — углерод имеет большое практическое значение для инженеров. По ней можно определить температуру плавления и затвердевания сталей и чугунов, интервалы температур при обработке сталей давлением (ковка, штамповка) и термической обработке (закалка, отпуск), т.е. она нужна металлургу, кузнецу и термисту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение 
 
 

    Следовательно, из курсовой работы видно, что наиболее важным для человека сплавом является чугун. Это также объединение железа и углерода. Только последний компонент добавляется в больших количествах, чем в случае со сталью. Содержание углерода составляет от двух до четырех процентов. Кроме того, при изготовлении чугуна используется еще и кремний. Он делает этот металл еще более прочным.

    Чугун довольно широко применяется в различных областях деятельности человека, в производстве и быту.  
 
 
 
 
 
 
 
 

 

      Литература 

1. Полтавец  В.В. Доменное производство. М., 2000.

 
 

2. Металлургия чугуна. Е.Ф. Вегман, Б.Н., М.: Металлургия, 1986.

 
 

3. С. В. Ржевская. Материаловедение.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Издательство Московского государственного горного университета, 2000.-500 с.

 
 

4. Зуев В.М. Термическая обработка металлов. Учеб.для уч-ся нач.проф.образования - М.: Высш.шк.,Academia, 1990; 258 с., ил.