Ковкий чугун (КЧ) представляет собой сплав из железа и углерода высокой пластичности, изделия из него получают в процессе литья.
Схема отжига белого чугуна на ковкий.
Ковкий чугун обладает высокими эксплуатационными характеристиками, обуславливающими его применение во многих отраслях народного хозяйства.
Виды чугунов
Марка чугунного сплава определяется количеством углерода и других веществ в его составе.
Виды чугуна
Такой подход позволяет выделить следующие виды этого материала:
- белые;
- серые (ГОСТ 1412);
- ковкие (ГОСТ 1215);
- высокопрочные (ГОСт 7293 ).
Белый чугун
В составе этого сплава углерод собран в форме цементита. Эта марка материала обладает стойкостью к износу, хорошими параметрами твердости. Вместе с этим, он довольно плохо подвергается обработке на металлорежущем оборудовании.
Структура белого чугуна
Белый чугун делится на следующие группы:
- доэвтектический с концентрацией углерода от 2,14% до 4,3%;
- эвтектический — 4,3%;
- заэвтектический от 4,3% до 6,67%.
В других марках чугуна углерод имеет форму графита.
Серый чугун
Углерод в составе этой марки чугуна имеет форму пластин. В составе серого чугуна участвуют и такие компоненты, как:
- кремний до 0,8%;
- марганец до 0,3% и пр.
Микроструктура серого чугуна
Для производства отливок из этого материала применяют формы, выполненные из литьевой земли или стали. Такие формы называют кокилем. Ключевая сфера использования серого чугуна – машиностроение. Из него выполняют конструкции, работающие тогда, когда отсутствуют ударные воздействия, к примеру, колесные клиноременных передач, подшипниковые чашки и др. Чугунный сплав этого типа маркируют следующим образом СЧ 32 – 52. Первая цифра показывает предел прочности на растяжение, вторая предел на изгибе.
Ковкий чугун
В составе этого материала углерод обладает хлопьевидной формой. В химсостав этого материала входит до 1,4% кремния, 1% марганца и пр. Ковкий чугун производят из белого.
Ковкий чугун
Для этого выполняют его термическую обработку, то есть прогревают и выдерживают в этом состоянии в течение заданного технологией времени. Эту операция называется томлением. Ковкий чугун маркируют так КЧ 45 – 6. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Высокопрочный чугун
В составе этого чугуна, углерод обладает шаровидной формой. Для производства чугуна этого вила используют модифицирование, то есть в расплав вводят магний. Он обеспечивает формирование углерода в виде включений шаровидной формы. Это решение позволило приблизить чугун этого сорта, по ряду свойств к углеродистым сталям. Литейные же параметры у него больше чем у других марок чугунных сплавов, за исключением серого.
Высокопрочный чугун
Чугуны этого класса используют в производстве таких деталей, как – поршни, коленвалы, компоненты систем торможения.
Высокопрочный чугун маркируют так — ВЧ – 45-5. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Форма графитовых включений
Степень графитизации.
Классификация чугунов
Классификация и маркировка чугунов
Чугунами называются сплавы железа (Fe) с углеродом (С > 2,14%). Кроме того, в состав чугуна входят полезные и вредные примеси (сера и фосфор). Полезные примеси вводятся в чугун специально для улучшения физико-химических свойств и называются легирующими элементами.
Чугуны классифицируют по следующим признакам.
Углерод в чугуне может находится в связанном состоянии в виде карбида, называемого цементитом (Fe3C), а также в частично или полностью свободном состоянии в виде графита. Состояние углерода в чугуне его прочностные свойства.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
Серый чугун образуется при низких скоростях охлаждения изделия, белый – при высоких.
Графитовые включения имеют следующую форму:
Графитовые включения являются концентраторами напряжений. Чем острее концентратор напряжений, тем при меньших нагрузках происходит разрушение изделия. Поэтому форма графитовых включений определяет прочность чугуна. Пластины графита обладают острыми краями по сравнению с другими формами графитовых включений. В связи с этим, наименьшей прочностью обладают чугуны с пластинчатой формой графитовых включений, а наибольшей – с шаровидной (глобулярной). Чугуны с хлопьевидным и вермикулярным графитом занимают промежуточное положение.
| Рис. 28Л Форма графитовых включений | а–пластинчатый графит;б- хлопьевидный графит; в- шаровидный (глобулярный) графит; г- вермикулярный графит |
В зависимости от формы графитовых включений различают:
Источник
Особенности производства ковкого чугуна
Изготовление чугуна КЧ обладает рядом тонкостей, которые обусловлены литьевыми характеристиками и другими свойствами.
Производство ковкого чугуна
Чугун марки БЧ, являющийся основной производства ковкого, обладает не очень хорошими литьевыми параметрами. В, частности, он обладает пониженной жидкотекучестью, большим размером усадки во время остывания, и он склонен к формированию различных литейных дефектов. Эти является причиной того, что при производстве необходимо перегревать металл и принимать меры по борьбе с дефектами литья. Изготовление ковкого чугуна может выполняться с обязательным учетом усадки и изменения размеров заготовок во время томления. Максимальную усадку, имеют тонкие заготовки, минимальную, толстые. Операция томления выполняется при 1350 – 1450 градусов Цельсия.
Отжиг (томление) это базовый этап при производстве чугуна КЧ. Его производят в отдельных цехах, называемых томительными. Заготовки размещают в горшках, выполненных из стали или чугунных сплавов разных марок, для томления. В горшок может быть уложено до 300 отливок исходя из того, что до 1 500 кг должно приходиться на один кубометр.
Ковкий чугун получает наибольшую прочность в горшках, произведенных из белого чугуна с добавками хрома и минимальным количеством фосфора. Расход горшков измеряют по весу, он может составлять от 4 до 15 % веса заготовок. Именно поэтому увеличение их стойкости играет большую роль в формировании стоимости готового ковкого чугуна.
Во избежание коробления готовых отливок укладка заготовок в горшки должна выполняться с особой тщательностью. Их укладывают максимально плотно, для повышения эффекта заготовки пересыпают песком или рудой. Эти материалы предохраняют заготовки от деформации и лишнего окисления.
Производство чугуна
Для производства ковкого чугуна применяют электрические печи. Это вызвано тем, что в процессе томления должна быть возможность регулировки температуры, резкий подъем на время нагрева и быстрое понижения на стадии его графитизации. Кроме того, не будет лишним, и возможность регулировки воздушной смеси в печи.
Большая часть печей, которая используется для получения ковкого чугуна – муфельные. То есть продукты сгорания топлива не вступают в контакт с горшками, в которых уложены заготовки.
Отливки, полученные из ковкого чугуна несколько раз проходят через операцию очистки, а после отжига удалению питателей и правке. Первая чистка проводится для удаления остатков формовочных смесей. Для чистки применяют пескоструйное оборудование или специальные галтовочные барабаны. Удаление остатков питателей происходят на наждаках.
Дефекты ковкого чугуна
Самыми часто встречающимися дефектами ковкого чугуна можно назвать следующие:
- усадочные раковины;
- недолив;
- трещины и пр.
Часть дефектов не может быть исправлена дальнейшей термической обработкой. Следует отметить, то, что изготовление ковкого чугуна требует строго соблюдения всех требований ГОСТ, технологических правил и регламентов. Только в этом случае можно говорить о получении качественного ковкого чугуна, которым допустимо заменять другие, дорогие материала – стали, цветные металлы.
История
Этот материал был известен, начиная с IV века до н. э. Его китайские корни находятся в VI в. до н. э. В Европе первые упоминания о промышленном производстве сплава датируются XIV, а в России – XVI веком. А вот технология производства ковкого чугуна запатентована в России в XIX веке. После развита А. Д. Анносовым.
Так как серые чугуны ограничены в использовании в силу низких механических свойств, а стали – дорогостоящие и имеют невысокую твердость и долговечность, то возник вопрос о создании металла надежного, долговечного, твердого, в то же время имеющего повышенную прочность и определенную пластичность.
Ковка чугуна невозможна, однако благодаря пластичным характеристикам, он поддается некоторым видам обработки давлением (к примеру, штамповке).
Разновидности ковкого чугуна
Марка чугунного сплава КЧ напрямую связана с условиями, в которых проводят отжиг. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:
- ферритный;
- перлитной;
- ферритно-перлитным.
Первый содержит в своем химсоставе феррит и углерод хлопьевидного строения. Второй включает перлит и графит хлопьевидного строения. Третий имеет в своем составе феррит, перлит и углерод хлопьевидного строения.
Рановидности ковкого чугуна
Ковкий перлитный чугун возникает в итоге быстрого охлаждения заготовки, когда она находится в зоне распада. В этом случае в строении чугуна кроме феррита будет находиться перлит. Он будет сохраняться и при дальнейшем остывании заготовки до температуры ниже чем 727 градусов.
То есть, можно сказать, что строение чугуна жестко связано с температурными режимами отжига и наличием легирующих компонентов.
Основные характеристики металла
Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.
Характеристики ковкого чугуна
Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность. Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий. На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.
Микроструктура ковкого чугуна
Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.
Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.
Форма графитовых включений.
Графитовые включения в чугунах имеют следующую форму:
Графитовые включения являются концентраторами напряжений. Форма графитовых включений определяет прочность чугуна. Чем острее концентратор напряжений, тем при меньших нагрузках происходит разрушение изделия. Пластины графита обладают острыми краями по сравнению с другими формами графитовых включений. В связи с этим, наименьшей прочностью обладают чугуны с пластинчатой формой графитовых включений, а наибольшей – с шаровидной (глобулярной). Чугуны с хлопьевидным и вермикулярным графитом занимают промежуточное положение.
| Рис. 1 Форма графитовых включений | а–пластинчатый графит;б- хлопьевидный графит; в- шаровидный (глобулярный) графит; г- вермикулярный графит |
В зависимости от формы графитовых включений различают:
Структуре металлической матрицы и форма графитовых включений (рис. 2).
|
| Рис. 2. Схемы микроструктур чугуна: а – серый чугун на ферритной основе; б – чугун с вермикулярным графитом на ферритной основе; в – серый феррито-перлитный чугун; г – серый чугун на перлитной основе; д – высокопрочный феррито-перлитный чугун; е –высокопрочный перлитный чугун; ж – ковкий чугун на ферритной основе. |
Химический состав
По химическому составу чугуны подразделяются на нелегированные (чугуны общего назначения)
и
легированные (чугуны со специальными свойствами)
.
Легированный чугун
(износостойкий, жаростойкий, жаропрочный, антифрикционный)
имеет более сложный химический состав: в качестве легирующих элементов используются никель, хром, молибден, медь и другие элементы, а также кремний и марганец в количестве, превышающем их примесное содержание.
МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ
Дата добавления: 2017-10-09 ; ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Свойства ковких чугунов
Базовое свойство чугунного сплава КЧ состоит в том, в нее входят включения углерода в разной форме, которая определяет его прочность и пластичность. Чугун КЧ с малым количеством углерода (обезуглероженный), по сути, это единственный материал из конструкционных чугунных сплавов, который хорошо сваривается и его применяют для получения сваренных металлоконструкций. Для производства сварки применяют или защиту газа, или стыковую технологию. Чугун это марки поддается запрессовке, чеканке и достаточно просто заполняет пустоты и зазоры. Детали, полученные из ковкого ферритного чугунного сплава, подвергаются холодной обработке, а из перлитного правке в разогретом виде.
Чугун, используемый в производстве, изготавливают из белого чугунного сплава путем его отжига. Строение, получаемое после выполнения этой операции, может иметь ферритную или перлитную форму.
Одним из преимуществ ковкого чугунного сплава является то, что он обладает однородными свойствами по сечению, кроме того, он хорошо обрабатывается на станках токарно-фрезерной группы.
Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79. Маркировка этого материала основана допустимых значений на растяжение и удлинение. Твердость материала определена от структуры, а прочностные параметры и пластичность определяет и наличие графита.
Надо понимать, что на свойства материала оказывает не только форма, но и количество графита, содержащегося в сплаве. Максимальных прочностных характеристик ковкий чугун достигает при наличии мелкодисперсного перлита и небольшом количестве графита. Предельная пластичность и вязкость чугуна этого класса достигается при наличии феррита и таком же количестве графита.
МО: Ф, Ф-П, П
МО + Г
Чугун СЧ10 — ферритный;
СЧ15, СЧ20 — ферритно-перлитные чугуны,
начиная с СЧ25 — перлитные чугуны.
СЧ18, СЧ21 и СЧ24 – по требованию потребителя для изготовления отливок допускаются марки
В ферритных чугунах (чугунах с ферритной металлической основой) нет углерода, связанного в Fe3C.
В перлитных — 0,8 % углерода связано в цементит.
При одинаковой металлической основе механические свойства чугунов возрастают от серого к высокопрочному.
Структура состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в эту основу. Весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 %
углерода.
Серый чугун маркируется буквами :
С — серый и Ч — чугун (ГОСТ 1412-70). После букв следуют цифры. Первые цифры указывают среднюю величину предела прочности при растяжении, а вторые — среднюю величину предела прочности при растяжении на изгиб.
Маркировка
—
СЧ25 – σв=250 МПа.
В основу стандартизации чугуна заложен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении σв В соответствии с этим принципом обозначение марки чугуна содержит минимально допустимое значение σв определенного в стандартной пробной литой заготовке. Механические свойства серого чугуна регламентируются ГОСТ 1412-85.
Согласно ГОСТ 1412-85 серый чугун маркируют буквами «С» — серый и «Ч» — чугун.
Число после буквенного обозначения показывает среднее значение предела прочности чугуна при растяжении.
Маркируют серые чугуны буквами СЧ и числом, обозначающем временное сопротивление sв в кгс/мм2 (в десятых долях МН/м2).
Обозначения марок чугуна отражают его предел прочности при растяжении и изгибе.
Например, СЧ 20 — чугун серый, предел прочности при растяжении 200 МПа.
Например, чугун марки СЧ 18—36 обозначает серый чугун с пределом прочности на растяжение 18 кг/мм2и пределом прочности на изгиб 36 кг/мм2.
Свойства
–Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, формы и размеров графитовых включений. Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам стали.
Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости.
+ —Преимущества серого чугуна:
1.обладают высокими литейными качествами (жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме и др.),
3. включения графита делают стружку ломкой,
4.позволяя легко обрабатывать чугун резанием;
5. сопротивляются износу
6. благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами;
7. хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.
-однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных деталей.
Для деталей из серого чугун характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугун — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна. Свойства серого чугун зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.
Применение –
На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 80 % общего производства чугунных отливок.
Учитывая малое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать этот материал для деталей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. Т.е. используется для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках.
Это разнообразные (до 100 т) отливки сложной формы, к которым не предъявляются жесткие требования по габаритам и массе.
В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, направляющие; станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др.
в автостроении — блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления. из ферритно-перлитных чугунов делают картеры, крышки, тормозные барабаны и др., а из перлитных чугунов — блоки цилиндров, гильзы, маховики и др детали работающие при сравнительно высоких нагрузках или тяжелых условиях износа.
в строительстве серый чугун применяют, главным образом, для изготовления деталей, работающих при сжатии (башмаков, колонн), а также санитарно-технических деталей (отопительных радиаторов, труб).
Значительное количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается туннель метрополитена.
Из серого чугуна, содержащего фосфор (0,5 %), изготавливают архитектурно-художественные изделия.
__________________________________________________________________
Ковкий чугунГОСТ 1215-79
Название
– ковкий чугун или условное название мягкого и вязкого чугуна. Получил название за счет пластических свойств хлопьевидной формы графита.
Химический состав —
содержат: углерода –
2,4…3,0 %
, кремния –
0,8…1,4 %
, марганца –
0,3…1,0 %
, фосфора – до
0,2 %
, серы – до
0,1 %
.
Получение
–
Производство ковких чугунов делится на две основные операции:
1) выплавка белого доэвтектического чугуна определенного состава и заливка его в соответствующие формы. Отливки получают плотные, сложной формы и имеющие высокие литейные свойства.
2) приведение отливки из твердого, хрупкого состояния (белого чугуна) в мягкое, ковкое состояние с помощью последующего графитизирующего отжига(томления). В результате чего цементит, содержащийся в белом чугуне, распадается на углерод отжига и железо, а образующийся графит приобретает форму хлопьев.
Форма графита —
хлопьевидная или рыхлые шарики. Это особая форма графита в виде звездчатых, хлопьевидных включений (так называемый углерод отжига).
У ковких чугунов округлая форма графита мало ослабляет связь между зернами металлической основы. Поэтому такие чугуны имеют более высокие механические свойства по сравнению с серыми чугунами.
Структура
–графит и металлическая основа: Ф –ферритная Ф-П –феррито-перлитная и П – перлитная.
Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной.
Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь.
Маркировка
–
Химический состав и механические свойства ковкого чугуна (табл. 105) регламентированы ГОСТ 1215—59 по маркам, имеющим буквенно-цифровые обозначения. При этом первые цифры означают предел прочности на разрыв, а вторые — относительное удлинение.
Ковкие чугуны маркируют буквами «К» — ковкий, «Ч» _ Чугун и цифрами. Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, вторая — относительное его удлинение при разрыве.
Например, КЧ 33-8 означает:
КЧ-ковкий чугун
33 —с пределом прочности при растяжении 33 кг/мм2 (330 МПа)
8 —и относительным удлинением при разрыве 8 %.
Например, марка КЧ 35—10 означает: ковкий чугун с пределом прочности на растяжение 35 кг/мм2и относительным удлинением 10%.
Таблица 105. Механические свойства ковкого чугуна
Различают 7 (9) марок ковкого чугуна:
три с ферритной (КЧ 30 – 6, КЧ33—8, КЧ35—10, КЧ37—12)
и пять с перлитной (КЧ45—7, КЧ50—5, КЧ55—4, КЧ60—3, КЧ65—3, КЧ70—2, КЧ80—1.) основой (ГОСТ 1215).
Ковкий чугун по микроструктуре может быть ферритным и перлитным.
Ферритный ковкий чугун отличается умеренной прочностью и большой или умеренной вязкостью (марки:КЧ 37—12, КЧ 35—10, КЧ 33—8, КЧ 30—6).
Перлитный ковкий чугун обладает высокой прочностью и умеренной и малой вязкостью (ГОСТ 1215—59; марки КЧ 45—6, КЧ 50—4 и др.).
Свойства
–Механические свойства ковкого чугун определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита.
+Ковкие чугуны имеют достаточно высокую:
— прочность,
— пластичность,
— сопротивляемость ударным нагрузкам
— и износостойкость в сочетании с хорошей обрабатываемостью.
— обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам,
— удовлетворительно работает при низких температурах.
По сравнению с серыми чугунами они являются более прочными и более пластичными.
— Ковкий чугун имеет несколько худшие литейные свойства, чем серый чугун (меньшая жидкотекучесть, большая объемная усадка и др.), и по своим механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и литой сталью.
Ковкий ферритный чугун характеризуется высокой пластичностью (d = 10…12 %) и относительно низкой прочностью (sв = 370…300 МПа).
Ковкие чугуны с перлитной металлической основой обладают высокими твердостью (235…305 НВ) и прочностью (sв = 650…800 МПа) в сочетании с небольшой пластичностью (d = 3,0…1,5 %).
Ферритный ковкий чугун хорошо поддается запрессовке, расчеканке и легко заполняет зазоры, имеет хорошую обрабатываемость резцом и может широко применяться вместо стали для изготовления неответственных деталей.
Перлитный ковкий чугун может применяться как заменитель бронзы в узлах трения.
Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун.
Применение:
Ковкие чугуны, обладая высокими пластическими свойствами, находят применение при изготовлении разнообразных тонкостенных (до 50 мм) деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках, — фланцы, муфты, картеры, ступицы и др.
КЧ используют для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т. п.).
Масса этих деталей — от нескольких граммов до нескольких тонн.
Свойства ковких чугунов близки к свойствам высокопрочных чугунов. Из них изготавливают ответственные литые детали, работающие при динамических нагрузках (втулки, муфты, тормозные колодки, ступицы и т.п.).
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.
ТО.Для повышения твердости, износостойкости и прочности изделий из ковкого чугуна иногда применяют нормализацию или закалку. Закалка с последующим высоким отпуском позволяет получить структуру зернистого перлита.
Применяются в автомобильном, сельскохозяйственном, текстильном машиностроении, в судо- вагоно- и котлостроении.
Недостаткиковкого чугуна:
· малоперспективный материал из-за сложности технологии получения отливки,
· длительность производственного цикла изготовления деталей,
· графитизирующий отжиг чугуна длится от 24 до 60 часов,
· ограничение толщины стенок отливок (до 50 мм).
_____________________________________________________________________
Высокопрочный чугун–(ГОСТ 7293)
Название
– получил из-за max прочностных характеристик.
Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна.
Химический состав —
Высокопрочные чугуны содержат: углерода –
3,2…3,8 %,
кремния –
1,9…2,6 %
, марганца –
0,6…0,8 %
, фосфора – до
0,12 %
, серы – до
0,3 %
.
Рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна (2,7…3,7 % С; 0,5…3,8 % Si) выбирается в зависимости от толщины стенок отливки (чем тоньше стенка, тем больше углерода и кремния).
Получение
— Получают высокопрочные чугуны из серых чугунов в результате модифицирования.
Графит приобретает форму шара за счет модифицирования жидкими присадками:
— 0,1…0,5 % магния от массы обрабатываемой порции чугуна,
Так как модифицирование чугунов чистым магнием сопровождается сильным пироэффектом , чистый магний заменяют лигатурами(сплав магния и никеля)
— 0,2…0,3 % церия,
— иттрия, Са, Се и другими редкоземельными металлами (РЗМ).
При этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы до 0,02…0,03 %.
Форма графита —
шаровидный графит.
Структура
— состоит из металлической основы (феррит, феррит-перлит и перлит) и включений графита шаровидной формы.
· ферритная (ВЧ 35, ВЧ40),
· феррито-перлитная (ВЧ 45)
· и перлитная (ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ 100) металлическая основа.
Маркировка
–
Химический состав и свойства высокопрочных чугунов регламентируются ГОСТ 7293-85 и маркируются буквами «В» — высокопрочный, «Ч» — чугун и числом, обозначающим среднее значение предела прочности чугуна при растяжении.
Например, ВЧ 100 — высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении 1000 МПа (или 100 кг/мм2).
Для высокопрочного и ковкого чугун цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2.
Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.
Маркируют чугуны буквами ВЧ и числом, обозначающим sвв кгс/мм2.
ВЧ60 σв=600 МПа
ВЧ120-2 σв=1200 МПа, δ=2 % (2 версия маркировки по предыдущему ГОСТу)
Свойства —
по сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.
Таблица 107. Механические свойства высокопрочного чугуна
Ферритные чугуны имеют s0,2 = 220…310 МПа, d = 22…10 %, 140…225 НВ,
перлитные —s0,2 = 370…700 МПа, d = 7…2 % и 153…360 НВ.
Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов — обратное.
Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести,s-1 = 300…420 МПа, что выше предела текучести стальных отливок.
Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность,sт = 230…250 МПа, при перлитной основе.
Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.
Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугун с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей.
При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали.
Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугун.
Высокопрочные чугун, имеющие включения т. н. вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе — утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между чугун с шаровидным и чугун с пластинчатым графитом. Этот чугун обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого чугун). Чугун с вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения.
Применение.
— Обладают хорошими литейными и потребительскими свойствами (обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокая износостойкость и др.) свойствами. Они используются для массивных отливок взамен стальных литых и кованых деталей — цилиндры, шестерни, коленчатые и распределительные валы и др. Оборудование прокатных станов ( в том числе валки до 12 т), кузнечно-прессовое оборудование(траверсы, шаботы ковочных молотов) энергетическое оборудование (корпуса паровых турбин, лопатки направляющего аппарата, коленчатые валы, поршни и др.).
Для повышения механических свойств (пластичности и вязкости) и снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке (отжигу, нормализации, закалке и отпуску). Рекомендуется подвергать чугунные изделия объемной закалке.
Антифрикционные чугуны –ГОСТ 1585
Основные служебные свойства подшипникового материала – антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность – способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали – стального или чугунного вала (см. 1 лекцию и служебные свойства сплавов).
И еще основное требование: обладать неоднородной структурой, улучшающей подвод масла к вращающемуся валу, прочностью на сжатие и на истирание и достаточной твердостью.
Рис. Антифрикционный сплав 1 типа. Баббит.
Ни один из многочисленных материалов, применяемых в настоящее время в качестве антифрикционных, не удовлетворяет полностью всем предъявляемым требованиям.
Металлические материалы по своей структуре подразделяются на 2 типа сплавов:
1) Сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями;
2) Сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.
К сплавам 1 типа относят баббиты и сплавы на основе меди – бронзы и латуни
К сплавам 2 типа относятся свинцовистая бронза БрС30 и алюминиевые сплавы с оловом А09-2 (9% Sn и 2% Cu).
К сплавам 2 типа относятся также серые чугуны, роль мягкой составляющей в которых выполняют включения графита.
Твердая матрица –металлическая основа 3 типов — Ф, Ф-П и П.
Мягкие включения —графит,повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия
.
Графитовые включения образуют каналы, удерживающие смазку и улучшающие условия смазки при трении. Графит сам хорошо впитывает в себя смазочное масло.
Графитовые включения образуют каналы, в которых удерживается смазка.
В случае сухого или полусухого трения графит сам играет роль смазки.
В антифрикционных серых чугунах допускается до 15% феррит, остальное перлит; только для подшипников, работающих при повышенных давлениях.
Качество антифрикционного подшипникового чугуна может быть повышено за счет введения небольших количеств Ni = 0,3…0,4%, Cr = 0,2….0,35%.
Это достигается путем добавки в шихту природно-легированных чугунов. Повышенным содержанием меди улучшают свойства антифрикционного чугуна.
АКЧ получают путем нормализации ферритного КЧ. Перлит в АКЧ должен быть пластинчатым.
Название
–антифрикционный — служебное свойство
подшипникового материала.
ГОСТ – 1585 -85.
В состав ГОСТа включены три основных типа чугуна: серый (с пластинчатым графитом), высокопрочный (с шаровидным графитом), ковкий (углерод отжига).
В зарубежных странах нет стандарта, объединяющего марки антифрикционных чугунов.
Химический состав
—
Например,
АЧС-1 : C3,2-3,6%; Si 1,3-2,2%; Mn 0,6-1,2%; Sсера до 0,12%. P 0,15-0,4%; Cr 0,2-0,5%; Cu 0,8-1,6%;
АЧВ-1: C 2,8-3,5%; Si 1,8-2,7%; Mn 0,6-1,2%; Sдо 0,03%. P до 0,2%; Cu до 0,7%; Mg 0,03-0,08%;
Получение
–
1. получают путем добавок в серый чугун легирующих элементов:Cr, Ni, Ti, Cu, Sb, Pb, Al, Mn, Mg. ГОСТ 1585-85.
2. или термической обработкой белого чугуна.
Антифрикционные свойства
–Хорошие антифрикционные свойства чугуна достигаются за счет:
1. получения структуры с определенным соотношением перлита и феррита в основе, а также количеством и формой графита.
2. Микролегирование чугуна легирующими элементами
Основным критерием для оценки антифрикционного чугуна принята микроструктура и твердость, а для некоторых марок чугуна также и содержание легирующих элементов.
Антифрикционные чугуны обеспечивают низкое трение в местах контакта деталей друг с другом.
Этот чугун отличается малым коэффициентом трения и поэтому находит широкое применение для изготовления различных трущихся деталей в машинах и механизмах (втулки, подшипники и др.).
Также для чугунов характерны свойства:
1. высокая износостойкость,
2. хорошие литейные свойства,
3. и относительно низкая стоимость.
СтруктураГрафит + МО
Сфера применения
Ковкий чугун нашел свое применение в машиностроении для производства станочного оборудования, отдельных деталей автомобилей, конструкций и механизмов, эксплуатируемых на железнодорожном транспорте и пр.
Чаще всего применяют ферритные отливки, которые стоят несколько дешевле, чем все остальные. Перлитные отливки используют для изготовления деталей, которые применяют для изделий и узлов, работающих под повышенными нагрузками.
Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, ее размер может составлять от 3 до 40 мм.
