XXI. Серые чугуны: маркировка, получение, свойства, применение. Свойства серого чугуна


Серые чугуны. Структура, свойства, область применения.

Промышленные серые чугуны представляют собой особый сплав из железа, углерода и кремния. Также в их состав входят постоянные примеси (Mn, S, P, атм. газы). Кремний является элементом-графитизатором. Он действует в том же направлении, что и понижение скорости охлаждения., т.е. изменением содержания кремния можно регулировать структурный состав чугунов.

При наличии тонких стенок в отливке, скорость охлаждения в них более высокая, поэтому есть опасность появление в них структур, характерных для белых чугунов (отбел). Поэтому чугуны для таких изделий должны содержать повышенное количество углерода.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.

Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %; кремния – 1,9…2,5 %; марганца –0,5…0,8 %; фосфора – 0,1…0,3 %; серы – < 0,12 %. Лучшими прочностными свойствами и износостойкостью обладают перлитные серые чугуны.

Учитывая малое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать этот материал для деталей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Ковкие чугуны. Структура, свойства, область применения.

Получают отжигом белого доэвтектического чугуна.

Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.

Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %. 

Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000 0С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита:.

Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига).При медленном охлаждении в интервале 760…720oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).

При относительно быстром охлаждении (режим б) вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.

Структура чугуна, отожженного по режиму в, состоит из перлита, феррита и графита отжига (получается феррито-перлитный ковкий чугун)

Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.

Различают 7 марок ковкого чугуна: три с ферритной (КЧ 30 – 6) и четыре с перлитной (КЧ 65 – 3) основой (ГОСТ 1215).

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.

Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числми, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на 10-1, а второе – относительное удлинение - КЧ 30 - 6.

studfiles.net

XXI. Серые чугуны: маркировка, получение, свойства, применение.

Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1 – 3 %Si – обладающего сильным графитизирующим действием.

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серые чугуны маркируются буквами СЧ и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кгс/мм2), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров

XXII. Высокопрочные чугуны: маркировка, получение, свойства, применение

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02 – 0,03 %.

Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и далее следуют величины предела прочности при растяжении (в кгс/мм2) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80

Высокие механические свойства дают возможность широко применять его для производства отливок ответственного назначения, в том числе и в судовом машиностроении: головок цилиндров, турбо-компрессоров, напорных труб, коленчатых и распределительных валов и т.п.

XIII. Ковкие чугуны: маркировка, получение, свойства, применение

Ковкий чугун получают путем отжига отливок из белого чугуна

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и далее следуют величины предела прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительного удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3

Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.

XXIV. Фазовые превращения при нагреве. Рост зерна аустенита при нагреве

Чем выше скорость нагрева, тем меньше зерно аустенита, так скорость образования зародышей выше, чем скорость их роста. При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности выдержки при данной температуре происходит собирательная рекристаллизация и зерно увеличивается.

Способность зерна к росту неодинакова даже у сталей одного марочного состава вследствие влияния условий их выплавки.

По склонности к росту зерна различают два предельных типов сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.

В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000 - 10500С), зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном нагреве выше Ас1 . Различная скорость к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом.

Следует отметить, что термины "наследственно крупнозернистая сталь" и "наследственно мелкозернистая сталь" не обозначают того, что данная сталь имеет всегда крупное или всегда мелкое зерно. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы, указывает лишь на то, что при нагреве доопределенных температур крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем сталь мелкозернистая

В связи с эти введено понятие о действительном зерне, т.н. зерне, существующем в стали при данной температуре.

Продолжительном нагрев при температурах гораздо выше Ас3 и Асm приводит к образованию крупного действительного зерна.

studfiles.net

Механические свойства серого чугуна

В (табл. 1) — приведены механические свойства и рекомендуемый химический состав серого чугуна по ГСТ 1412-85, а в (табл. 2) — некоторые, не предусмотрены этим стандартам свойств чугуна. В общем случае, чем меньше графита, мельче и благоприятнее по распределению его включения, дисперснее перлит, мельче эвтектическое зерно, тем выше указанные свойства. Однако если σв, τ-1, τтв, φ зависят как от графита, так и 1 металлической основы, то Е — главным образом от графита, а НВ — почти полностью от структуры металлической основы. Малая чувствительность серого чугуна к надрезам иллюстрируется следующими данными по сопротивлению усталости чугуна при вибрации:

σв, МПа σ-1, МПа: без надреза с надрезом
140 175 210 255 300
65 84 105 140 163
65 80 95 120 130
Таблица 1. Механические свойства и рекомендуемый состав серого чугуна (ГОСТ 1412—85) Чугун σв, МПа Твердость HB∗10-1, МПа Мас. доля элементов, % C Si Mn P S не более
СЧ10 98 143-229 3,5-3,7 2,2-2,6 0,5-0,8 0,3 0,15
СЧ15 147 163-229 3,5-3,7 2,0-2,4 0,5-0,8 0,2 0,15
СЧ18 176 170-241 3,4-3,6 1,9-2,3 0,5-0,7 0,2 0,15
СЧ20 196 170-241 3,3-3,5 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧ21 206 170-241 3,3-3,5 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧ24 235 170-241 3,2-3,4 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧ25 245 180-250 3,2-3,4 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧ30 294 181-255 3,0-3,2 1,0-1,3 0,7-1,0 0,2 0,12
СЧ35 343 197-269 2,9-3,0 1,0-1,1 0,7-1,1 0,2 0,12

Чугуны марок СЧ25 И выше обычно модифицируют FeSi. Для них содержание Si в таблице дано после введения модификатора. Таблица 2. Механические свойства чугуна Чугун При растяжении При сжатии E∗10-3, МПа δ, % σ-1p, МПа σc, МПа E∗10-3, МПа μ ψ, % δ-1c, МПа
СЧ10-СЧ18 60-80 0,2-1,0 50-70 500-800 65-90 0,28-0,29 20-40 70-90
СЧ20-СЧ30 85-125 0,4-0,65 90-115 850-1000 93-130 0,28-0,29 15-30 120-145
СЧ30-СЧ35 125-145 0,65-0,9 115-140 1000-1200 130-155 0,28-0,29 15-30 145-170
Чугун При кручении При срезе φ, %, при вибрации с нагрузкой, равной 1/3σ0,2 αн, кДж/М2 При изгибе τв, МПа τ-1, МПа τв, МПа G∗10-3, МПа σ-1, МПа σи, МПа
СЧ10-СЧ18 240-320 60-80 150-220 40-44 30-32 40-70 58-66 240-360
СЧ20-СЧ30 280-360 100-120 250-355 45-54 23-30 80-100 67-133 400-500
СЧ30-СЧ35 360-400 120-140 355-400 54-64 23-25 80-90 133-155 500-540

φ - циклическая вязкость, характеризующая скорость затухания вибрации, а значит чувствительность к надрезам.

Влияние легирующих элементов на механические свойства чугуна марок СЧ показано на рис. 1, а изменение прочности серого чугуна в зависимости от толщины стенки отливки, получаемой в песчаной форме — на рис. 2.

Для различных групп отливок путем варьирования содержания химического состава основных элементов и легирования чугуна небольшими добавками обеспечивают комплекс оптимальных эксплуатационных свойств. Так, для блоков цилиндров карбюраторных двигателей чугун легируют Сr (0,2— 0,5 %) и Ni (до 0,2 %), а для автомобильных дизелей дополнительно Си (0,2—0,4%). Необходимые свойства Для тракторных двигателей обеспечивают повышенным (до 1,4 %) содержанием Мn.

Гильзы карбюраторных двигателей изготовляют из чугуна СЧ25 с обычным (0,14%) и повышенным (0,17— 0,22 %) содержанием фосфора.

Для ребристых цилиндров двигателей воздушного охлаждения используют чугун, легированный Sb (0,5—0,08%), Сr (0,4-0,6%) и Nl (0,1—0,3%) или Ni (0,65%) н Р (0,65—75%).

В станкостроении для повышения твердости средних по развесу отливок наряду с модифицированием чугуна FeSi и SiCa применяют ковшовое легирование Сu (0,3—0,4%) и Сr (0,2—0,3%). При толщине стенки более 15—20 мм используют легирование Сu (0,8—1,0%) и Сг (0,3—0,5%). Для средних и тяжелых отливок, в которых допускается наличие в микроструктуре карбидных включений, применяют комплексное легирование чугуна Мо (0,3—0,8%), Ni (0,7—1,2%) и Сr (0,2—0,6%). В отдельных случаях для повышения твердости применяют легирование В (0,04%) совместно с Сu (0,4—0,6%) или Ni (0,5—0,6%).

Рис. 1. Влияние легирующих элементов на прочность и твердость чугуна с пластинчатым графитом состава: 3,2% С; 1,85% Si; 0,7% Мn; 0,14% Р Рис. 2. Изменение прочности серого чугуна различных марок в зависимости от толщины стенки отливки

Максимальная прочность чугуна при плавке в индукционных печах достигается при отношении Si/C=0,85÷l,0 (при постоянной степени эвтектичности). При получении чугунов СЧЗО, СЧ35, в случае ваграночной плавки, более низкое отношение Si/C=0,6÷0,7 компенсируют повышенным содержанием Мп (1,0—1,5%).

Герметичность отливок из чугуна зависит как от графитовой, так и от усадочной пористости; при этом, чем ниже эвтектичность серого чугуна, тем большее значение приобретают условия эффективного питания при затвердевании отливок (градиент температур, обеспечивающий направленное затвердевание, достаточный металлостатический напор).

Несмотря на наличие графита, герметичность чугуна достаточно велика, если в отливке отсутствуют литейные дефекты. Так, при испытании водой или керосином при давлении до 10—15 МПа втулки толщиной 2 мм имеют полную герметичность. Чугунные отливки с мелким графитом и низким содержанием Р при отсутствии волосяных трещин могут противостоять давлению жидкости до 100 МПа и газов до 70 МПа.

Свариваемость серого чугуна значительно хуже, чем у углеродистой стали; поэтому газовая и дуговая сварка, как и заварка дефектов (особенно крупных) на отливках, проводится по особой технологии.

Обрабатываемость серого чугуна обратно пропорциональна его твердости. Она улучшается по мере увеличения количества феррита в структуре, а также по мере повышения однородности структуры, т. е. при отсутствии в ней включений фосфид-иой эвтектики, карбидов, обладающих повышенной твердостью. Наличие графита полезно, так как стружка получается крошащейся и давление на инструмент уменьшается.

metiz-bearing.ru

18. Серые чугуны. Структура, свойства, область применения.

Промышленные серые чугуны представляют собой особый сплав из железа, углерода и кремния. Также в их состав входят постоянные примеси (Mn, S, P, атм. газы). Кремний является элементом-графитизатором. Он действует в том же направлении, что и понижение скорости охлаждения., т.е. изменением содержания кремния можно регулировать структурный состав чугунов.

При наличии тонких стенок в отливке, скорость охлаждения в них более высокая, поэтому есть опасность появление в них структур, характерных для белых чугунов (отбел). Поэтому чугуны для таких изделий должны содержать повышенное количество углерода.

Структура не оказывает влияние на пластичность, она остается чрезвычайно низкой. Но оказывает влияние на твердость. 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.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок (ГОСТ 1412).

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.

Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %; кремния – 1,9…2,5 %; марганца –0,5…0,8 %; фосфора – 0,1…0,3 %; серы – < 0,12 %.

Структура металлической основы зависит от количества углерода и кремния. С увеличением содержания углерода и кремния увеличивается степень графитизации и склонность к образованию ферритвой структуры металлической основы. Это ведет к разупрочнению чугуна без повышения пластичности. Лучшими прочностными свойствами и износостойкостью обладают перлитные серые чугуны.

Учитывая малое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать этот материал для деталей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, направляющие; в автостроении - блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления. Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Обозначаются индексом СЧ (серый чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на 10-1: СЧ 15.

19. Ковкие чугуны. Структура, свойства, область применения.

Получают отжигом белого доэвтектического чугуна.

Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.

Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %. 

Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000 0С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита:.

Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига).При медленном охлаждении в интервале 760…720oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).

При относительно быстром охлаждении (режим б) вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.

Структура чугуна, отожженного по режиму в, состоит из перлита, феррита и графита отжига (получается феррито-перлитный ковкий чугун)

Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.

Различают 7 марок ковкого чугуна: три с ферритной (КЧ 30 – 6) и четыре с перлитной (КЧ 65 – 3) основой (ГОСТ 1215).

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.

Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числми, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на 10-1, а второе – относительное удлинение - КЧ 30 - 6.

studfiles.net

Механические свойства и рекомендуемый химический состав серого чугуна по гост 1412-85

Марка чугуна

Механические свойства

Среднее содержание элемента, мае. %

^изг

НВ

С

Si

Мп

с

Н/мм2 (кгс/мм2), не менее

Заэвтектические чугуны

СЧ10

98(10)

274(28)

143 ...229

3,6

2,4

0,6

4,4

СЧ15

147(15)

314(32)

163 ...229

3,6

2,2

0,6

4,33

Эвтектический чугун

СЧ18

176(18)

358(36)

170... 229

3,5

2,1

0,7

4,2

Доэвтектические чугуны

СЧ20

196(20)

392(40)

170... 241

3,4

1,8

0,85

4,0

СЧ25

245(25)

451(46)

180... 250

3,3

1,8

0,8

3,9

СЧ30

294(30)

490(50)

181 ...255

ЗД

1,1

0,8

3,9

СЧ35

343(35)

539(55)

197...219

2,9

1,0

0,9

3,23

Примечание. Содержание примесей, мае. %, менее: Р 0,2; S 0,15.

Как видно, с увеличением степени эвтектичности механичес­кие свойства снижаются (за исключением демпфирующей спо­собности). В заэвтектических чугунах (СЧ10, СЧ15) формируется в основном ферритная металлическая матрица с образованием большего количества пластинчатого графита прямолинейной или игольчатой формы. Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35 прак­тически с перлитной основой, которые нашли широкое приме­нение для изготовления сложных и ответственных отливок в авто­мобильной промышленности (блоки цилиндров, гильзы, тормоз­ные барабаны), в станкостроении и др.

Чугуны с графитом являются хрупкими материалами, дефор­мационные свойства которых характеризуются в основном упру­гой деформацией. Именно упругие деформационные свойства ха­рактеризует стрела прогиба при испытании на изгиб литых образ­цов 030 мм и длиной 300 или 600 мм - Узоо иУбоо- Относительное (остаточное) же удлинение при растяжении образцов является малым и составляет максимально, как уже выше было отмечено, 0,2...0,75 %.

Таблица 5.2

Механические свойства серых чугунов, не предусмотренные гост 1412-85

Марка чугуна

При растяжении

При сжатии

Демпфиру­ющая спо­собность, V, %

Е, кгс/мм2

5, %

кгс/мм2

Е, кгс/мм2

СЧ10...СЧ15

6000... 8000

0,2... 1,0

50... 80

6500... 9000

30...32

СЧ20...СЧ25

8500... 12000

0,4...0,7

85...95

9300... 12500

25...30

СЧ30...СЧ35

1300... 14500

0,6...0,9

110... 120

14000... 15500

10...20

Примечание. Для пересчета в единицы СИ 1 кгс/мм2 = 9,8 Н/мм2.

Следует отметить, что расчет предела прочности при изгибе по уравнениям сопротивления материалов является некорректным, так как уравнения получены для гипотезы плоских сечений. Для чугуна гипотеза плоских сечений неприменима, потому что серый чугун неодинаково ведет себя при растяжении и сжатии. Изгиб же явля­ется видом нагружения, когда часть волокон растягивается, часть сжимается. Для чугуна нейтральное волокно сдвигается в сторону сжимающих волокон, а прямолинейная эпюра напряжений сильно. искривляется в этом же направлении и гипотеза плоских сечений не выполняется. Видимо, поэтому в ГОСТ 1412-85 по маркам чу­гуна данные о пределе прочности при изгибе не приводятся.

Из не предусмотренных ГОСТом механических свойств следу­ет назвать модуль упругости Е, относительное (остаточное) удли­нение и демпфирующую способность (табл. 5.2).

Особенную роль для чугунных базовых деталей, особенно стан­ков, играет релаксационная стойкость.

Под релаксацией понимается самопроизвольное умень­шение напряжений в нагруженной детали из-за перехода упругой деформации в пластическую. Релаксация характерна для многих сплавов и деталей из них. Можно напомнить, что с течением вре­мени необходима настройка струнных инструментов, пружины «са­дятся», ослабляется затяжка болтов и т.п. В серых чугунах даже при малых нагрузках возникают пластические деформации, а с учетом остаточных напряжений в отливках даже малые рабочие напряжения вызывают пластические деформации, которые с те­чением времени накапливаются, и размеры детали выходят из пределов допуска на них. Примерами таких деталей являются ста­нины точных станков. В ряде случаев станина длиной несколько метров имеет допуск на прямолинейность направляющих 1... 2 мкм. Известно также, что разобранный для ремонта блок цилиндров снова собрать нельзя, и его приходится растачивать.

Поэтому для повышения релаксационной стойкости деталей из серого чугуна издавна применяют естественное старение, за­ключающееся в длительном (9... 12 мес) вылеживании под откры­тым небом или в складском помещении. Остаточные напряжения при этом уменьшаются на 2... 10 %, а отливки после этого прак­тически не коробятся. Оказалось, что при длительном естествен­ном старении происходит релаксация максимальных напряжений в местах их концентрации около графитовых включений и упроч­нение металлической основы на этих участках. Поэтому при пос­ледующей нагрузке в этих местах не происходит пластическая де­формация, и, таким образом, стабилизируются размеры детали. Следует заметить, что естественному старению подвергаются от­ливки, предварительно подвергнутые черновой обработке, так как при механической обработке происходит перераспределение ос­таточных напряжений. На чистовую обработку оставляют припуск, равный 0,5... 1,0 мм.

Естественное старение стараются не применять, а заменяют его низкотемпературным отжигом (500... 600 или 200... 300 °С) или методами статического и динамического (вибрация) нагружения.

Кроме того, для повышения релаксационной стойкости при­меняют метод термоудара, заключающийся в создании в отливках при быстром их нагреве до температуры 200...400°С температур­ных напряжений, вызывающих временную перегрузку.

Пути повышения прочностных свойств серого чугуна. Когда тре­буется сделать выбор из двух соседних марок чугуна, например СЧ20 и СЧ25, то по сути решается вопрос о том, как обеспечить увеличение прочности. Здесь у технологов существует несколько возможностей.

Первый путь можно установить, анализируя данные ГОСТ 1412-85 (см. табл. 5.1), согласно которым для увеличения прочно­сти и твердости необходимо уменьшить содержание углерода, а следовательно, графита в чугуне. При этом уменьшается углерод­ный эквивалент Сэкв и суммарное содержание С + Si (немного уменьшается и содержание кремния). Из структурных диаграмм известно, что с уменьшением содержания С + Si растет вероят­ность отбела, поэтому второй путь повышения прочности - модифицирование. Высокие марки чугуна, начиная с СЧ25, не­возможно получить без модифицирования. Третий путь повы­шения прочности - легирование главным образом хромом и ни­келем. В чугунах марок СЧ25 и выше наблюдается в основном пер­литная структура. Легирование перлита естественно повышает проч­ность. И, наконец, четвертый путь - снижение содержания S и Р как вредных примесей.

Особенности литейных свойств. Серый чугун обладает очень хорошими литейными свойствами. Жидкотекучесть серых чугунов, как правило, выше, чем углеродистых сталей.

Серые чугуны при введении в их состав до 1,0 % фосфора при­меняются для художественного литья (примером являются кас­линские художественные отливки).

При несколько меньшем (до 0,6 %) содержании фосфора из серого чугуна индивидуально отливают поршневые кольца с тол­щиной стенки около 3 мм. Отливка тонкостенных отливок из се­рого чугуна в металлические формы представляет значительные сложности, главным образом, из-за отбела.

Эвтектические и околоэвтектические чугуны к усадочным ра­ковинам и пористости практически не склонны, и отливки из них изготовляются без прибылей благодаря расширению чугуна вследствие выделения графита в некотором интервале температур после затвердевания.

Доэвтектические чугуны, особенно чугуны высоких марок, склонны к образованию усадочных дефектов, и отливки из них изготовляются с небольшими прибылями. Число прибылей мини­мальное, так как расстояние, на которое действует прибыль, до­стигает более 1,5 м.

Только в некоторых случаях для отливок диаметром свыше 500 мм, например автомобильных тормозных барабанов, требуется вторая боковая сливная прибыль, расположенная напротив про­ливной в месте подвода металла.

Следует еще раз напомнить, что, несмотря на малую объем­ную усадку, отливки из чугуна высоких марок, начиная с СЧ25, получить без усадочных дефектов непросто, так как расширение чугуна происходит после затвердевания и объем прибылей зави­сит от податливости литейной формы.

Отливки из серого чугуна к горячим трещинам практически не склонны, так как при температурах вблизи интервала крис­таллизации отливки расширяются, расширение происходит в уже затвердевшей корке, и растягивающие механические напряже­ния в интервале температур кристаллизации практически не воз­никают. Однако при последующем охлаждении проявляется боль­шая склонность отливок из серого чугуна к холодным трещи­нам, поэтому их стараются как можно раньше выбивать из ме­таллических форм.

Из-за склонности серого чугуна к холодным трещинам круп­ные отливки выбивают при температурах около 200 °С. Причиной холодных трещин в этих отливках является их более интенсивное неоднородное охлаждение на воздухе после выбивки (по сравне­нию с песчано-глинистой формой) из-за неоднородного осво­бождения от формовочной смеси и стержней. Покрытые формо­вочной смесью участки охлаждаются медленнее, чем освободив­шиеся от смеси. Вследствие этого возникает большая разность тем­ператур в отливке, приводящая к высоким временным напряже­ниям и разрушению отливки.

Как уже отмечалось ранее, очень сильно способствуют образо­ванию холодных трещин отбеленные участки отливок и заливы, в которых, как правило, также наблюдается структура белого чугу­на из-за большой скорости охлаждения.

Склонность чугуна к насыщению газами и образованию газо­усадочной пористости следует признать умеренной. Основные про­блемы связаны с образованием газовых раковин, которые образу­ются при выделении газов из форм и стержней, а также в случае неправильно сконструированной литниковой системы, в которой происходит подсос газов и их захват.

Аналогично, склонность к ликвации и неметаллическим вклю­чениям также не создает особых проблем, исключая шлаковые и песчаные включения, которые часто попадают в отливку.

В то же время, серый чугун является одним из самых чувстви­тельных сплавов к изменению механических свойств в зависимо­сти от толщины стенки (см. подразд. 3.12). Физические свойства серого чугуна (СЧ) в сравнении со свойствами высокопрочного чугуна (ВЧ), чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ) и ковкого чугуна (КЧ) приведены в табл. 5.3.

Следует обратить внимание на больший коэффициент тепло­проводности X серого чугуна по сравнению с другими чугунами. Поэтому температурные напряжения в сером чугуне также будут меньше из-за уменьшения перепадов температур.

Пластинчатый графит кроме положительного и отрицатель­ного воздействия на структуру, которое было отмечено выше, сильно влияет также на герметичность, под которой понимается способность материала противостоять фильтрации жидкости или газа. В отливках из чугуна с графитом, особенно из серого чугу­на, кроме усадочной, газовой и газоусадочной пористости отме­чают еще и графитную пористость, которая зависит от размера и формы графита. Считается, что причиной низкой герметичности чугунов является грубая форма пластинчатого графита. Между

studfiles.net

Серый чугун

Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ

Белорусский Государственный Аграрно Технический Университет

Кафедра ППС

Реферат на тему:

Серый чугун

Выполнил: студент 2 эа гр.

Алейчик Дмитрий

Проверил: Довнар И.В.

Минск 2009

Чугун

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%.

Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.

Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии.

Серый чугун

Чугун, у которого большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, называется серым чугуном. Серый чугун мягкий, хорошо обрабатывается режущим инструментом. В изломе имеет серый цвет. Серый чугун обладает малой пластичностью, его нельзя ковать, так как содержащийся в нем графит способствует раскалыванию металла. Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение. Получается серый чугун путем медленного охлаждения после плавления или нагревания. Температура плавления серого чугуна 1100—1250° С.

Обычно серый чугун содержит 2,8—3,6% углерода, 1,6—3,0% кремния, 0,5—1% марганца, 0,2—0,8% фосфора и 0,05—0,12% серы. Сера уменьшает жидкотекучесть и прочность чугуна, увеличивает его литейную усадку и затрудняет его сварку. Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но повышает твердость и хрупкость.

Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. частично превращается в белый, и становится очень хрупким и твердым. Наличие в составе чугуна большого количества кремния способствует получению серого чугуна.

Присутствие в чугуне большого количества марганца способствует отбеливанию чугуна.

Недостатком серого чугуна является хрупкость, препятствующая его использованию для изготовления деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам.

Марки чугунов, например СЧ12-28, читаются следующим образом: СЧ— серый чугун, первые двухзначные цифры 12, 15, 18 и т. д. — средняя величина предела прочности при испытании на разрыв в кг/мм2, а вторые — 28, 32 и т. д. — то же при изгибе.

Применение

чугун серый сплав примесь

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок различных деталей машин. Он достаточно хорошо сваривается, особенно с применением предварительного подогрева. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья.

Свойства чугуна

Зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%).

Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита.

Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким.

Марганец повышает прочность чугуна.

Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.

Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита).

Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ.

Легированный чугун наряду с обычными примесями содержит элементы: хром, никель, титан и др. Эти элементы улучшают твердость, прочность, износостойкость. Различают хромистые, титановые, никелевые чугуны. Их применяют для изготовления деталей машин с повышенными механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых и других агрессивных средах.

Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода.

Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.). Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна

mirznanii.com

Серый чугун.

Серый чугун, широко применяется в машиностроении и представляет собой не сплошной металл, а пористую металлическую губку – сплав железа с графитом, поры которой заполнены рыхлым неметаллическим веществом — графитом. Чугун весьма хрупок. Его относительное удлинение при разрыве очень низко. Он разбивается на куски ударом.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и в основном, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ 1412—85 состоят из букв "СЧ" и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ств, МПа/10. Чугун СЧ10 — ферритный; СЧ15, СЧ18, СЧ20 — ферритно-перлитные чугуны, начиная с СЧ25 — перлитные чугуны.

На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 80% общего производства чугунных отливок. Серый чугун отличается высокими литейными свойствами (для него свойственна низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и поэтому служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Серый чугун весьма склонен к образованию трещин при сварке, и борьбе с трещинами приходится уделять особое внимание при сварке. Часто в процессе сварки происходит отбеливание чугуна, что придает ему высокую твердость и хрупкость в зоне сварки и делает его совершенно непригодным для механической обработки после сварки.

Встречаются сорта чугуна, практически совершенно не поддающиеся сварке, например так называемый горелый серый чугун, подвергавшийся длительному воздействию высокой температуры, кислот, пара и т. п.

Сварку чугуна применяют для исправления различных литейных дефектов, в ремонтных работах при восстановлении изношенных и разрушившихся деталей машин, а также при изготовлении комбинированных деталей машин из чугуна и из чугуна в сочетании с другими сплавами.

Основными способами сварки чугуна являются: газовая, электродуговая и электроконтактная точечная, применяемая для соединения чугунных деталей с медными, бронзовыми и латунными деталями.

Служебные свойства серого чугуна.

Износостойкость определяется скоростью потери металла, выраженной в весовом или линейном измерениях.

Основные виды износа классифицируются следующим образом: абразивный, при сухом трении, при трении со смазкой, эрозионно-кавитационный.

Износостойкость серого чугуна зависит прежде всего от его структуры и твердости. Чем меньше общее количество графита и размеры графитовых включений, тем большей износостойкостью обладает чугун. Наличие феррита в структуре оказывается полезным только при сравнительно мягком контртеле, при малых давлениях и скоростях, в условиях трения качения при непрерывном одностороннем вращении, а также при возможных перекосах трущейся пары в процессе приработки. В большинстве случаев значительные преимущества имеет перлитная структура, особенно при трении скольжения и возвратно-поступательном движении.

В подавляющем большинстве случаев износостойкость находится в прямой зависимости от твердости чугуна и повышается с ростом твердости последнего. Особенно высокую твердость должны иметь детали, работающие в условиях ударно-абразивного износа.

Износостойкость серого чугуна может быть существенно повышена за счет применения легирования.

malishev.info