Исследования состава образца чугуна, его физико-механических свойств для определения характеристик изделий

При исследовании образца чугуна, взятого из коленвала были проведены исследования структуры излома и шлифа, определена микротвердость, проведен химический анализ материала...

Исследование образца чугуна из коленвала

Характерный вид шлифа без травления представлен на рис. 1а. Выделения шаровидного графита, около выделений графита есть эвтектические колонии (рис. 1б, 1в) с относительно крупным цементитом. Встречается странная фаза, имеющая вид квадрата (рис. 1г).

Травленный шлиф показывает, что основной составляющей структуры является пластинчатый перлит с толщиной пластин порядка 0,5-1 мкм. Мелкозернистая, достаточно однородная структура (рис. 2). Много включений шаровидного графита. Есть небольшие остатки эвтектических колоний, но без особо крупных зерен цементита.

Излом показывает достаточно большие, однородные по размеру фасетки скола (рис. 3а), которые показывают размер бывших зерен аустенита 40-50 мкм. Это свидетельствует, что проводилась термическая обработка на аустенизацию, которая, однако, не привела к значительному росту аустенитных зерен. Графитовые включения не связаны с матрицей, они не всегда ломаются, чаще разрушение идет по границе раздела с матрицей (рис. 3б, 3в, 3г). Около включений графита излом вскрывает мелкие детали структуры эвтектических колоний (рис. 3г).

Измерение твердости дало значение: 105 HRB 24 HRC, которое было бы, скорее, характерно для серого чугуна после высокотемпературного графитизирующего отжига (600° С). Микротвердость по полю матрицы 8 значений 335-387 кг/мм2 (370,5±18 кг/мм2 ), 2 значения 240 и 266 кг/мм2. Это свидетельствует, что есть участки, в которых перлит сильно обеднен цементитом, почти чистый феррит. Твердость матрицы на уровне 39 HRC. Усреднение по матрице и графиту на большом отпечатке сильно снижает твердость. На поверхности остаются вмятины после удара куском стали. Пластичный, мягкий материал.

Результаты химического анализа: Fe – 3.2 C- 2.4 Si – 0.54 Cu – 0.66 Ni – 0.37 Mn – 0.04 Cr – 0.01 Ti -0.012S – (<0.04P)


1-а	1-б

1-в	1-г

2-а	2-б

2-в	2-г

3-а	3-б

3-в	3-г

Выводы:

По составу это либо не легированный, либо очень слабо легированный ковкий чугун. Он близок по составу к антифрикционному чугуну АСЧ – 1, как указывалось раньше. Хромистый чугун — маловероятен, так как определенный хром и титан находятся на уровне неконтролируемых примесей. Медь и никель относятся к элементам, которые облегчают графитизацию.

Хорошие свойства чугуна определяются структурой: однородный, мелкозернистый перлит с равномерно распределенными включениями шаровидного графита. Возможное микролегирование никелем и медью не может влиять на свойство фаз, а только на мелкозернистость и однородность структуры и скорость выделения графита.

Это перлитный ковкий чугун, с шаровидными выделениями графита. Матрица достаточно твердая. Шаровидная форма графита сильно увеличивает механические свойства. Сферы вызывают меньшую концентрацию напряжений, чем пластины, и разрывается связность графитовых выделений. Выделения — локализованны, с минимальной удельной поверхностью и вызывают минимальное повреждение металлической матрицы.

Имеются технологические трудности получения чугуна с шаровидным графитом, который образуется в процессе кристаллизации. Обычно используют модификаторы для выделения шаровидного графита в расплаве.

Для определения характеристик изделий, нужны структурные исследования материала изделия с последующей отработкой технологии формирования нужной структуры.