Справочник по машиностроительным материалам - Сидуля П.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние химического состава
Общие закономерности. Иа фиг. 65 и 66 показано влияние элементов на овр и И к феррита [10], а на фиг. 07 — влияние элементов нао^ и ///; серого чугуна (3,24% Соо- 1,88% Si; 0,71% Мп; 0,17% Р; 0,09% 5) [111-
б5р КГ/КМ*
90
60
60
Si
ш МО /
fur
1
12 3 4 5 6%
Количесш8о легирующего
элемента
Фиг. 65. Влияние легирующих элементов иа предел прочности феррита ("А: П. Гуляєв и В. П. Емелина).
0 0%8 1,0 2,4 3,2 4,0 %
Содержание легирующих элементов
ва- железе
Фиг. 60. Влияние легирующих элементов на твердость феррита (М. М. Штейнберг).
. В табл. 13 приведено влияние кремния на зер серого чугуна (малоуглеродистого
и высоко у глсрод! т стого).
На фиг. 68 показано влияние марганца на прочностные свойства чугуна.
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ ИЛ СТРУКТУРУ ЛИТЬЯ
35
13. Влияние кремния на предел прочности ирн растяжении чугуна [12|
Химический состав в % У I кГ/мм2 Химический состав п % ер в к!'/мм2
Si 1 Si і 1 і С -од
1,26 2,25 2.82 2.23 2,62 2,56 2.63 2.63 1,25 1.45 1.59 2,36 1.37 1.11 1,04 0.27 • 27,0 23.4 20.4 17,9 1 1.22 1,78 2,25 і і 3.22 3.14 3,20 1.72 1,9 2,8 1,50 1,24 0.40 23,5 20,3 14.1
Соноставлснне приведенных данных говорит о том, что влияние легирующих »лементов на феррит и па чугун не всегда однозначно. Более того, влияние даже одного элемента на чугун бывает в различных условиях различным. Объясняется тотем, что влияние химического состава на механические свойства чугунных изделий иесьма сложно и определяется в первую очередь характером взаимодействия элементов между собой, их легирующим действием на металлическую основу и влиянием
260 240 220 200
Oopf^faA
35,0 31,5 26,0
1 Мп і Cr, /Мо Mn Ni
/ho
У У Cr L'u Mn у
0,50 1,00 1,50 2,00 2.50 % Количество легирующих элемента*
0,2 0,6 1,0 1h 1,8%/In
Фиг. 67. Влияние легирующих элементов на твердость и предел прочности при растяжении серого чугуна (II].
Фиг. 68. Изменение механических свойств серого чугуна в зависимости от количества
марганца JI3].
на степень графитизации. В этом отношении характерен пример влияния кремния и марганца. Оба элемента, растворяясь в металлической основе, легируют ее и повышают ее прочность. Однако поскольку кремний является графитизирующнм элементом, его влияние сказывается в увеличении количества графита и уменьшении количества перлита, что приводит к снижению прочности чугуна. Марганец не только повышает прочность феррита, но и увеличивает количество связанного углерода, поэтому его влияние до определенного содержания (1,0—1,4%) сказывается в увеличении количества перлита и, следовательно, в упрочнении чугуна. При дальнейшем повышении содержания марганца, вызывающем появление структурно свободного цементита, прочность чугуна падает.
Из сказанного следует, что необходимо учитывать влияние элементов на каждый фактор структурообразования в отдельности, связывание же влияний элементов с каким-либо формальным признаком или каким-либо одним свойством не объясняет сути явлении. Упрощенное деление элементов на графитизируютцис, карбидообразую-щне и нейтральные является недостаточным и часто неправильным. При ускорении графитизации происходит ослабление связей, ускорение диффузии и самодиффузии. Торможение графитизации может происходить как в случае усиления энергии связи
3*
an
между железом и углеродом, так и в случае затруднения условий диффузии углерода и перемещения атомов железа. "
Согласно |14|, увеличение энергии связи определяется количеством электронов по наружной оболочке и наличием вакантных состояний, имеющихся в или /-уровнях. В частности, элементы, у которых заполнены внутренние электронные"оболочки и у которых число внешних электронов не превосходит четырех, уменьшают энергию связи углерода с железом; если таких электронов более пяти, то энергия связи увеличивается. Когда у элементов недостроены предпаружные оболочки, то большое значение приобретает число недостающих в ней электронов. При недостаче менее четырех электронов энергия связи уменьшается, а при недостаче более четырех электронов энергия связи увеличивается. Чем больше нехватает электронов (сверх четырех), тем прочнее карбиды, а при
t- ъ Число злектрснод на наружной оболочке | Число недостающих злек-крона 8 на преднаружнай с Волочке
1 7 2 з и S 1 -* / • 1 2 I 3 в\7 Й в
2 'IV Га С
3 щ щ pw- i 'Sa
4 Си. гГгг] v/U-Zn: t '¦NV Щ Fe т Ш У
5 щ т щ \Щ У/
6 ш
7
недостаче шести и более электронов образуются специальные труд-норастпорпмые карбиды, в том числе фазы внедрения (WC, W*C NbC^ ГаС, Та,С, TIC, ZrC).
Специальные карбиды тем устойчивее и тем больше вероятность их образования, чем больше недостает у них электронов в ^-полосе.
Если количество специальных устойчивых карбидов очень мало и они очень мелки, то они не отбеливают чугуна. В таких случаях эти карбиды могут играть * роль центров кристаллизации графита н оказывать модифицирующее действие, облегчающее графитизацию. Только при достаточно большом содержании этих элементов они связывают весь углерод и задерживают графитизацию Элементы W и V, растворяющиеся в цементите железа, действуют отбелн-вающе.
